[发明专利]一种能量粒子探测器信号处理系统及方法

说明书

本发明涉及一种能量粒子探测器信号处理系统及方法，包括：前置放大器模块，将能量粒子探测器输出的电脉冲信号转换成电压再转换成电荷；模拟ASIC芯片，将电荷进行处理输出差分电流信号；调理电路，将模拟ASIC芯片输出的差分电流信号进行电流－电压转换；ADC模块，将调理电路输出的电压信号进行数字化；触发信号产生模块，将能量粒子探测器输出的电脉冲信号进行处理产生触发输出信号；标定模块，进行定期在轨标定；高压场电路，提供使各能量粒子探测器正常工作的偏置高压；DAC模块，用于产生不同幅度的电压信号；核心处理系统实现噪声去除、温度补偿、状态监测、高能粒子种类鉴别及系统在轨标定，并与载荷控制器进行数据通信。

技术领域

本发明是关于一种应用于深空环境的能量粒子探测器信号处理系统及方法，涉及空间带电粒子探测技术领域。

背景技术

类地行星探测一直是人类走出地月系统，开展深空探测的首选目标。从20世纪90年代至今，国际上以发展新技术和获得科学发现为主要驱动力，催生了类地行星探测的新热潮，并由美国和俄罗斯两国扩展到了日本、欧洲及印度等国家。我国也于2016年正式立项，将首次实现类地行星环绕、着陆和巡视。

作为环绕器有效载荷之一的能量粒子探测器，将在巡视和环绕的过程中对反映空间环境情况的主要包括质子、电子、α粒子和重离子(2Z≤26)的太阳粒子进行探测。因此，要求能量粒子探测器需要能对质子、电子、α粒子和重离子进行复合探测，即进行粒子种类的鉴别和粒子能量的测量，最终获得各类粒子的能谱。

为了实现多粒子种类的探测，该探测器系统采用了集成探测方案设计。由于被测能量粒子的能量范围很广，能量下限小于80keV，上限大于400MeV，其中，能量下限低于国外同类产品的技术指标。现有的信号处理系统兼顾了小信号测量，就难以同时兼顾大信号测量。要在一个探头上实现对不同种类、不同能量粒子的测量，需要信号处理系统既具有低噪声、高灵敏度；又具有大动态范围。低噪声、高灵敏度的特性，保证了信号处理系统对能量小于80keV的电子信号能正常放大和处理；大动态范围的特性，保证了信号处理系统在处理能量大于400MeV的重离子信号时不会出现饱和现象。

如何保证能量下限的测量覆盖、抑制噪声影响，同时兼顾大信号(10⁴的大动态范围)的测量是能量粒子探测器信号处理系统面临的挑战。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种能够抑制噪声影响且兼顾大动态范围和高灵敏度测量需求的能量粒子探测器信号处理系统及方法。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种能量粒子探测器信号处理系统，该系统包括：

前置放大器模块，用于将能量粒子探测器输出的电脉冲信号转换成电压再转换成电荷；

模拟ASIC芯片，用于将所述前置放大器模块输出的电荷进行处理输出差分电流信号；

调理电路，用于将所述模拟ASIC芯片输出的差分电流信号进行电流－电压转换；

ADC模块，用于将所述调理电路输出的电压信号进行数字化；

触发信号产生模块，用于将能量粒子探测器输出的电脉冲信号进行处理产生触发输出信号；

标定模块，用于进行在轨标定；

高压场电路，用于提供使各能量粒子探测器正常工作的偏置高压；

DAC模块，用于产生不同幅度的电压信号发送所述标定模块和高压场电路完成相应电压的配置；

核心处理系统，用于实现上述各器件的控制逻辑和参数设置，并接收所述ADC模块、触发信号产生模块和DAC模块的信号实现噪声去除、温度补偿、状态监测、在轨标定、粒子种类鉴别及能量等级划分，并与载荷控制器进行数据通信。