空间辐射探测器信号获取及处理技术

发布时间：2020-04-09 10:31

【摘要】：空间辐射粒子对航天器可造成包括单粒子效应、总剂量效应、充放电效应等辐射损伤甚至失效,对航天员的生命健康安全存在着威胁。我国航天活动的深入对空间辐射探测技术的发展提出了更高的要求。通过数字化技术获取探测数据并进行处理分析,可以更为高效地完成传统探测技术的任务,更符合航天需求。首先,本论文针对空间辐射探测研究的目标,设计并搭建了空间辐射探测器数字化系统。探测器系统主要包括闪烁体探头、探测器电子学、探测器信号采集及处理以及离线的数据处理等模块。数字化系统是其中重要的子系统,包含脉冲波形数字化及以后处理的内容。本文针对辐射探测器快信号的波形数字化及触发原理进行了深入研究,对探测器数据获取及处理系统进行了调试及测试,实现了数字化系统的正常工作。根据需要,数字化系统可以选择在线、离线两种方式下工作。其次,利用探测器电子学数字化处理硬件及同步化软件,对多单元进行同步化调试。针对辐射探测器两板单元信号时间不同步的问题,测量两单元之间的延迟时间。通过延迟了主板单元时钟相位,实现了主从板之间的同步化,这种同步化技术能够扩展到32路采样通道。对空间辐射探测系统进行了地面测试,经过能量刻度,对中子源252Cf的测量结果进行了粒子鉴别及能谱分析,对比分析了利用氧化钆作为中子增强材料的测量结果。此外,对探测数据的离线处理方法进行了研究,包括数字脉冲的平滑、拟合、滤波的处理方式,对离线处理方法进行了算法的设计及程序的实现。最后,在同步化的基础上,通过时间窗,实现了对真事件的筛选。利用数字脉冲多次平滑的处理方式对粒子探测的慢成分进行了研究,并利用后沿时间进行脉冲形状分析,实验测试表明后沿时间能够进行粒子鉴别,目前得到其n/γ鉴别品质因数FOM为0.765。
【图文】：

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的现象、或其他的物理化学变化进行空间辐射探测的仪器称为空间辐射探测器。空间辐射探测器技术综合了空间辐射环境探测技术、核物理技术、电子学技术、信息工程技术、计算机技术、通信技术等多领域的先进技术，形成了较为完整的理论与实验体系。2.1 空间辐射探测器基本组成及工作原理空间辐射探测器选用闪烁体作为探头部分，在地面的探测实验中可以使用液体闪烁体作为探头进行实验，在空间中时则须使用塑料闪烁体作为探头。2.1.1 空间辐射闪烁体探测器基本组成空间辐射探测器系统包括探头部分、电源部分、前置放大部分、以及波形数字化采样及处理部分。在前置放大器信号输出端，传统的数字化技术需要设计主放大电路，，滤波电路，成形电路，极零相消电路，模/数转换电路，以及最终的数据存储分析等几个模块。而基于波形数字化谱仪的数字化技术，将前放输出信号输入波形数字化谱仪之后即进入数据获取处理系统进行在线或离线数据处理分析。相比较而言，基于谱仪的数字化技术拥有更好的集成度，更全面的处理功能，以及更高的处理精度。探测器系统框图如图 2.1。电源极零相消主放电路

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南京航空航天大学全日制专业学位硕士学位论文电压范围为 1V，采样位数为 10 位的 ADC，量化单位为 1000/210≈0.977 2V，采样位数为 14 位的 ADC，其量化单位则为 2000/214≈0.122mv，得到筛选，将采样信号保存成特定数据格式如二进制的过程。数/模转换器 (Digital-to-Analog Converter，DAC)将输出数字信号转换为返回输入信号，使得输入信号幅度范围动态可调。通过设置直流偏置(D-offset)参数来调整采样的基线，如图 2.5 所示，直流偏置参数为-50%采样基为 0.5V，50%对应 0V。基线的调整允许数字处理器采样正负脉冲，或了 ADC 采样动态电压范围的适应性。这些数据经过触发筛选，进入缓存选的 FPGA 模块为 AMC(ADC&Memery Controller) FPGA 模块，为 AD块。模拟信号集成处理
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TL81

【参考文献】