[发明专利]一种任意波形X射线发生装置及产生方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种X射线发生装置，特别是一种高稳定任意波形X射线发生装置及产生方法，是适用于X射线脉冲星导航的X射线探测器性能测试以及导航算法验证的重要实验装置，同样是适用于X射线脉冲星导航有效载荷及其导航算法闭环测试的重要测试装置。

背景技术

为了开展X射线脉冲星导航技术研究，必须在实验室模拟X射线脉冲星的物理参数(脉冲轮廓、稳定度、能谱等)。以现有的候选脉冲星数据库为依据，进行全实物仿真模拟，主要模拟脉冲星的相对空间坐标、X射线能谱范围、脉冲轮廓分布、脉冲轮廓稳定性等指标，通过探测器探测到的脉冲到达时间TOA，验证导航系统算法。

中科院西安光机所盛立志等人发明了“一种用于X射线脉冲星导航的地面模拟方法及装置”(ZL201010140837.8)。该装置利用传统的直流X射线管发射出连续的X射线，通过一个光学斩波器，光学斩波器是一个直流电机带有一个金属叶片实现脉冲X射线的调制输出。这种方案简单易行，但是存在以下三个不足：其一是由于直流电机的转速稳定性仅有10^-4，输出脉冲的稳定性很差；其二是很难实现任意脉冲的模拟输出；其三是操作十分麻烦，要改变脉冲的周期和形状，必须每次更换金属叶片。基于以上的限制，难以做到X射线脉冲星的实物仿真。同时，现有的关于脉冲星信号源的模拟发生系统，如中国专利“基于半导体激光器的X射线脉冲星导航嵌入式模拟系统”(200910023357.0)，“一种脉冲星信号模拟器”(200910023383.3)，“多脉冲星信号模拟器”(200910023707.3)等，并没有实现能谱在1～20keV范围内脉冲星X射线模拟信号。本发明克服了以上的不足，可以实现导航用X射线脉冲星信号实物仿真。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有研究的不足，提供一种高稳定任意波形X射线发生装置，以实现高稳定度任意波形X射线的产生，为脉冲星导航地面模拟系统提供模拟X射线源的实验装置。

为实现以上目的，本发明采用技术方案：

一种任意波形X射线发生装置，其特殊之处在于：包括任意信号发生器、栅控X射线球管电源系统以及栅控X射线球管，

所述栅控X射线球管电源系统包括灯丝电源、栅极电源以及阳极高压电源；

所述任意信号发生器包括时钟系统、存储系统以及控制系统，所述时钟系统、存储系统均与控制系统的输入端连接，所述控制系统的输出端与栅控X射线球管电源系统连接；

所述存储系统包括用于存储包含X脉冲星周期漂移、宇宙X射线噪声、相对论效应和多普勒效应的任意不规则的X射线脉冲星脉冲数据库的存储单元和用于对存储单元中的X射线脉冲星脉冲数据库中数据进行数字化的处理单元；

所述控制系统包括用于读取存储系统中进行数字化后的数据的读写单元和用于对读写单元读取的数据进行转换的转换单元，

所述读写单元的输出端分别与灯丝电源和阳极高压电源的输入端连接，所述转换单元的输出端与栅极电源的输入端连接；

栅控X射线球管包括X射线管壳32以及设置在X射线管壳32内的依次排列的灯丝31、热阴极33、调制栅极34、电子束聚焦极35、金属靶阳极36以及设置在X射线管壳上的出射窗37，所述热阴极33设置在灯丝的外侧且热阴极33的出射孔正对灯丝31，所述调制栅极34为带有小孔的电极板，所述调制栅极34的小孔正对热阴极33的出射孔，所述电子束聚焦极35设置在栅极小孔的两侧且形成的聚焦通道正对小孔，电子束经电子束聚焦极聚焦后发射到，所述阳极金属靶36的发射面对着聚焦通道的出口，所述出射窗37设置在阳极金属靶的电子束反射路上；

所述灯丝电源的输出端与灯丝连接；所述栅极电源的输出端与调制栅极连接，所述阳极高压电源的输出端与阳极金属靶36连接。

上述转换单元为D/A转换电路或编码电路。

上述时钟系统为恒温OCXO晶振或原子钟。

一种基于上述X射线发生装置的任意波形X射线产生方法，其特殊之处在于：包括以下步骤：

1]产生任意波形的电信号：

1.1]在存储系统中的存储单元中存储X射线脉冲星脉冲数据库；所述X射线脉冲星脉冲数据库包括多组任意不规则的X脉冲星周期漂移数据单元、多组任意不规则的宇宙X射线噪声数据单元、多组任意不规则的相对论效应数据单元以及多组任意不规则的多普勒效应数据单元；所述多组数据单元均包括X射线脉冲星脉冲轮廓数据、对应的X射线能量数据以及X射线强度数据；