一种x射线脉冲探测系统信号处理方法
【技术领域】
[0001]本发明属于航天深空探测和X射线探测技术领域，特别涉及一种X射线脉冲探测系统信号处理方法。
【背景技术】
[0002]在深空探测领域，中子星发出的X射线作为一个稳定的基准，可以作为导航参考，而到达近地轨道后的光谱能量只有单光子量级。为了重建脉冲星波形，需要精确得到每个光子到达的时间和幅值。
[0003]目前的X射线脉冲探测，采用比较器加计数器的系统架构，该系统只能得到脉冲时间信息，而无法得到幅值信息，并且时间精度由脉冲跳变沿触发比较器决定，不同强度的脉冲触发时刻不同造成了系统时间误差较大。同时，采用比较器的方式，数字滤波的阈值固定，在卫星上无法调节，受噪声影响系统精度下降。在消除时钟漂移时，通常采用原子钟整秒复位本地时钟，由于时钟的非同步，这种复位每次都会存在误差，误差逐渐积累，也是系统时间探测精度较低的原因。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种X射线脉冲探测系统信号处理方法，该方法对探测器输出的脉冲信号进行高频采样和量化，并进行阈值滤波和峰值检测，得到精确的脉冲幅度信息；而且本发明利用本地晶振记录了本地采样时间，并同时对接收到的原子钟脉冲计数、记录GPS时间，处理模块可以利用原子钟脉冲计数结果对本地采样时间进行校正，从而解决了探测器系统的时钟漂移问题；因而处理模块可以根据本发明方法输出的结果实现X射线脉冲信号探测。
[0005]本发明的上述目的通过以下方案实现:
[0006]一种X射线脉冲探测系统信号处理方法，包括如下步骤:
[0007](I)、接收M个探测器输出的M路脉冲信号，以及原子钟秒脉冲和GPS时间，分别进行如下处理:
[0008](Ia)、利用AD模块对M个探测器输出的M路脉冲信号进行AD变换，得到M路数字信号，并采用本地晶振对所述M路数字信号进行计时，得到本地采样时间并计时，M为正整数；
[0009](Ib)、采用本地晶振对原子钟秒脉冲进行计数并记录，同时记录GPS时间；
[0010](2)、分别对步骤⑴得到的M路数字信号进行数字滤波，得到M路数字滤波信号，具体滤波方法如下:将所述数字信号的幅值与设定的滤波阈值Ath进行比较:如果
Xm(n) |〈Ath，则数字滤波信号ym(n) =0;如果|xm(n)|彡Ath，则数字滤波信号ym(n)=xm(η);其中，X111(Ii)为第m路数字信号，m = 1、2、…、M，n = 1、2、…、N，M和N均为正整数；
[0011](3)、对步骤(2)滤波得到的M路数字滤波信号进行峰值检索，得到M路脉冲峰值信号，并记录所述峰值对应的本地时间值；
[0012](4)、将步骤(Ia)记录的本地采样时间、步骤(Ib)记录的原子钟秒脉冲计数结果和GPS时间，以及步骤(3)记录的M路脉冲峰值信号和所述峰值对应的本地时间值，输出到外部处理模块。
[0013]上述的X射线脉冲探测系统信号处理方法，在步骤(2)中，根据工作环境设定滤波阈值Ath的初值，然后根据每秒钟接收到的光子数进行在线实时调整，具体调整方法如下:如果在步骤(3)中每秒检索到的脉冲峰值个数L〈L1，则将滤波阈值降低adelt，即Ath=Ath-adelt;如果在步骤(3)中每秒检索到的脉冲峰值个数L>L2，则将滤波阈值提高a delt,即Ath= Ath+adelt;其中，LI为设定的光子数最低门限值，L2为设定的光子数最高门限值，且L1<L2 ;L、LI和L2为正整数；adelt为设定的调整幅度。
[0014]上述的X射线脉冲探测系统信号处理方法，在步骤(3)中，进行峰值检索的方法如下:
[0015]在第m路数字滤波信号ym(n)中，如果检测到Qup个幅度连续单调递增数据，并在间隔Q个数据后之后又检测到Qdmm个幅度连续单调递减数值，并且Q _和Q dOTtn满足如下条件:QUP》Qthl且Qd。?》Qth2,则对所述的(QUP+Q+QJ个数据进行比较得到幅度最大值；将所述最大值对应的数据作为脉冲峰值信号进行保存，并记录所述峰值信号对应的本地采样时间；其中，Qthl和Q th2分别为设定的上升沿判决门限值和下降沿判决门限值；Q、QujP Q down为正整数。
[0016]上述的X射线脉冲探测系统信号处理方法，在步骤(4)中，外部处理模块根据原子钟秒脉冲计数结果对本地采样时间进行校正，具体校正算法如下:如果在Tl秒的记录时间内，本地晶振对原子钟秒脉冲的计数结果为T2，则本地晶振的钟漂为(T2-T1)/T1 ;然后利用所述钟漂计算结果对本地采样时间进行校正。
[0017]上述的X射线脉冲探测系统信号处理方法，在步骤(4)中，外部处理模块根据记录的GPS时间，确定原子钟秒脉冲和本地采样时间对应的地球时。
[0018]上述的X射线脉冲探测系统信号处理方法，在步骤⑴中，AD模块的采样频率为探测器输出的脉冲信号频率的5?10倍。
[0019]本发明与现有技术相比，具有以下优点:
[0020](I)、本发明的信号处理方法，利用本地晶振记录探测器脉冲数字信号的本地采样时间，并同时对原子钟脉冲进行计数，通过长时间的检测，可以利用该原子钟脉冲的计数结果计算本地晶振的钟漂，并利用该钟漂值对本地采样时间进行校正，从而得到精确的X射线脉冲信号的时间信息；
[0021](2)、本发明的信号处理方法，对探测器输出的脉冲信号进行高速采样和量化，然后进行阈值滤波和脉冲峰值搜索，其中，阈值滤波的阈值可以根据整星标定测试，并可以进行在线实时调整，满足深空探测时复杂环境变化要求，该滤波方法可以有效降低噪声对X射线脉冲探测的影响，从而得到精确的X射线脉冲信号的幅度信息。
【附图说明】
[0022]图1为本发明的一种X射线脉冲探测系统信号处理方法的处理框图。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步详细的描述:
[0024]本发明提供的X射线脉冲探测系统信号处理方法，用于精确测量X射线脉冲的幅度和时间，该方法包括如下步骤:
[0025](I)、接收M个探测器输出的M路脉冲信号，以及原子钟秒脉冲和GPS时间，分别进行如下处理:
[0026](Ia)、利用AD模块对M个探测器输出的M路脉冲信号进行AD变换，得到M路数字信号，并采用本地晶振对所述M路数字信号进行计时，得到本地采样时间。其中，AD模块的采样频率需要满足奈奎斯特采样定律，采样频率越高，时间测量精度越高，综合考虑硬件成本和采样精度，通常选择采样频率为脉冲信号频率的5?10倍。
[0027](Ib)、采用本地晶振对原子钟秒脉冲进行计数并记录，同时记录GPS时间；其中，该GPS时间根据整星广播实时更新。
[0028](2)、在FPGA中分别对步骤⑴得到的M路数字信号进行数字滤波，得到M路数字滤波信号，具体滤波方法如下:将所述数字信号的幅值与设定的滤波阈值Ath进行比较:如果|xm(n) |〈Ath，则数字滤波信号7111(11) =0;如果I Xm (η) I彡Ath，则数字滤波信号ym(n)=xm(n);其中，xm(n)为第m路数字信号，m = 1、2、…、M，n = 1、2、…、N，M和N均为正整数。
[0029]该步骤的阈值滤波处理可以降低电路噪声对脉冲峰值搜索的影响。由于该电路噪声受环境温度影响很大，而且卫星与地面测试存在温度差异，因此预先进行卫星实测时记录噪声信息，根据记录的测试数据设定各应用环境的滤波阈值。在工程实现时，还可以根据脉冲峰值搜索结果实时调整滤波阈值。具体调整方法如下:如果每秒检索到的脉冲峰值个数(即检测到的光