具有多物理特性的动态脉冲星信号模拟装置的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于信号处理技术领域，尤其涉及一种具有多物理特性的动态脉冲星信号 模拟装置，可用于模拟空间探测器接收到的X射线脉冲星光子序列，为脉冲星导航相关理 论研宄提供数据支持以及作为脉冲星导航地面验证系统的重要组成部分。
【背景技术】
[0002] X射线脉冲星自主导航XNAV是一种新兴的、颇具发展前景的完全自主导航方法， 具有重要的工程应用价值和战略研宄意义，备受国际关注。自1999年起，世界各航天大国 纷纷启动X射线脉冲星导航相关理论研宄、飞行实验验证等工作。2004年美国国防部提出 了 X射线脉冲星导航XNAV验证计划，目前已完成可行性论证与地面实验验证，即将开展空 间飞行实验。此外，欧空局、俄罗斯以及日本等国家和组织同样开展了大量的原理样机验证 以及飞行实验等工作。国内同样开展了 X射线脉冲星导航相关研宄工作，尤其在理论和地 面验证系统的研宄方面取得了丰硕的成果。
[0003] 但是，由于脉冲星距离地球一般在几百到几十万光年，所以X射线脉冲星信号衰 减极为严重，到达探测器的信号非常微弱，使得X射线脉冲星信号观测较为困难；实测数据 的缺失制约了 X射线脉冲星导航系统，尤其是理论框架的研宄。因此，高精度、高可信度再 现空间环境的地面模拟系统就显得尤为重要。
[0004] 根据已公开的专利申请，近年来，国内的地面模拟系统主要有以下几种：
[0005] (1) "一种用于X射线脉冲星导航的地面模拟方法与装置（授权公告号： CN101782390B)"，（2) "一种脉冲星信号模拟器（授权公告号：CN101603831B)"，（3) "具有 高时频稳定度的X射线脉冲星光子信号地面模拟系统（申请公布号：CN102778236A)"。这 几种装置各具优势，但同时存在一些难以克服的缺点：
[0006] 1.第一种模拟系统使用了 X射线源进行试验，在X射线探测器技术研宄方面具有 优势，但由于机械结构的引入，导致了脉冲星周期特性的模拟精度较低，不能满足理论研宄 的需求。
[0007] 2.第二种模拟系统采用纯电学方式模拟脉冲星信号，但脉冲星信号由计算机程序 产生，本质上是软件模拟，可信度低。
[0008] 3.第三种模拟系统保留了模拟的物理过程，模拟可信度高，且具有非常高的时频 稳定度与精度，但存在的缺点是：无法模拟具有多物理特性的脉冲星信号，包括脉冲星自转 特性、脉冲星计时噪声特性以及由航天器运动产生的多普勒效应。
【发明内容】
[0009] 本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种具有多物理特性的动态脉 冲星信号模拟装置，使得模拟信号能够反映真实的物理特性，包括脉冲星自转特性、脉冲星 计时噪声特性以及由航天器运动产生的多普勒效应，实现对X射线脉冲星辐射信号的高精 度、高可信度模拟。
[0010] 本发明具有多物理特性的动态脉冲星信号模拟装置，包括轮廓数据生成单元、信 号输出单元、电控线性光源、光衰减器、光电倍增管、电子学读出单元和系统验证单元；
[0011] 其特征在于：
[0012] 所述轮廓数据生成单元，包括：
[0013] 初始化模块，用于确定仿真起始时间、轮廓采样时间间隔等参数，同时输入轨道文 件、JPL行星月球星历文件、脉冲星星历文件、脉冲星自转相位模型、计时噪声模型以及标准 轮廓；
[0014] 时间尺度转换模块，用于将航天器运动产生的多普勒效应加载在脉冲轮廓上，根 据输入的轨道文件、JPL行星月球星历文件和脉冲星星历文件，计算仿真时刻航天器处与太 阳系质心SSB处脉冲星方向上的信号传播延迟，将计算结果与仿真时刻相加，输出至相位 计算模块；
[0015] 相位计算模块，用于将脉冲星自转特性、脉冲星计时噪声特性加载在脉冲轮廓上， 根据输入的脉冲星星历文件、SSB处的脉冲星自转相位模型和计时噪声模型，计算经过时间 尺度转换后的仿真时刻的相位，输出至标准轮廓查找模块；
[0016] 标准轮廓查找模块，用于查找相位计算结果对应脉冲标准轮廓的幅值，将结果输 出至数据输出模块；
[0017] 数据输出模块，用于将输入的轮廓数据输出至信号输出单元；
[0018] 仿真时刻递增模块，用于将仿真时刻加上轮廓采样时间间隔，反馈给时间尺度转 换模块，实现仿真的连续性；
[0019] 所述信号输出单元，包括FPGA电路、D/A电路、时钟整形电路和原子钟；原子钟通 过时钟整形电路为FPGA电路提供稳定的时钟信号，FPGA电路接收轮廓数据生成单元产生 的轮廓数据并驱动D/A电路将轮廓数据转换为电压信号输出至电控线性光源，D/A电路同 时产生触发信号输出至电子学读出单元。
[0020] 本发明与现有的脉冲星模拟装置相比，具有以下优点：
[0021] 1.本发明采用了专用的轮廓数据生成单元，使得系统可动态实时仿真不同脉冲 星、包括不同物理特性的信号，增加了仿真的灵活性。
[0022] 2.本发明将多种物理特性加载到了脉冲轮廓上，使得系统模拟得到的脉冲星信号 更加接近实测数据，具体反映了以下几个物理特性：a)脉冲星自转特性；b)脉冲星计时噪 声特性；c)由航天器运动而产生的多普勒效应。
[0023] 3.本发明采用物理过程模拟脉冲星信号在宇宙中的传播过程，模拟可信度高。
[0024] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
【附图说明】
[0025] 图1是本发明装置的结构示意图；
[0026] 图2是本发明中轮廓数据生成单元结构框图；
[0027] 图3是本发明中信号输出单元结构框图。
【具体实施方式】
[0028] 参照图1，本发明具有多物理特性的动态脉冲星信号模拟装置，包括：轮廓数据生 成单元1、信号输出单元2、电控线性光源3、光衰减器4、光电倍增管5、光学屏蔽腔6、电子 学读出单元7和系统验证单元8 ;其特征在于：
[0029] 轮廓数据生成单元1，采用但不局限于C#语言编写，通过但不局限于PCIE接口与 信号输出单元2连接；
[0030] 信号输出单元2与电控线性光源3之间，光电倍增管5与电子学读出单元7之间， 以及信号输出单元2与电子学读出单元7之间，均通过同轴电缆连接；
[0031] 电控线性光源3、光衰减器4和光电倍增管5依次密封安装在光学屏蔽腔6内，并 做光学密封处理；
[0032] 光电倍增管5,选择但不局限于PMTH-S1-R1527P型侧