[发明专利]一种应用于X射线脉冲星导航终端的轻小型探测器

说明书

本发明采用轻小型调制编码光学系统和高集成度X射线像素传感器，设计一种应用于X射线脉冲星导航终端的轻小型探测器，包括机壳以及从上至下依次设置在机壳内的滤光膜、调制编码光学系统、多像素型X射线传感器、优先读出电路和电子学模块，脉冲星辐射出的X射线光子穿过滤光膜后入射到调制编码光学系统进行调制编码，编码后的光子入射到多像素型X射线传感器将光子信号转换到电脉冲信号，优先读出电路将电脉冲信号的三维信息提取完成后传递给电子学模块，电子学模块将光子三维信息收集、打包传递给数据处理系统；采用该装置研制导航终端系统，在实现高信噪比提取光子信号的前提下，可有效降低整个终端载荷的体积重量，易于搭载到各种航天器平台；具有较高的实际应用和推广价值。

技术领域

本发明属于X射线探测技术领域，具体涉及一种应用于X射线脉冲星导航终端的轻小型探测器。

背景技术

以北斗系统为牵引，分阶段构建亚太及全球覆盖的定位、导航、授时系统(positon-navigation-timing system，PNT)是我国重要的基础设施，从陆地到海洋、从地下到太空，其定位、导航、授时服务涉及日常生活的方方面面，对国民经济发展具有重要意义。2020年，北斗系统将实现覆盖全球的导航定位，这标志着我国将初步建成比较完善的PNT体系。但PNT系统现有技术手段服务的对象主要是地面用户和中低轨航天器，对于深空探测和星际飞行任务无能为力。利用X射线毫秒脉冲星进行航天器自主导航是填补当前PNT系统深空服务空白有效技术途径。与其它深空导航技术相比，X射线脉冲星自主导航，一方面可以将大大减轻地面测控系统的工作负担，减少测控站的数量，另一方面即使在地面测控系统完全瘫痪的恶劣环境下，也能完成航天器的导航，具有非常强自主生存能力。

X射线脉冲星导航是实现真正意义上的航天器高精度自主导航的可行途径，属于航天技术前沿研究领域，具有重要的战略意义。目前我国空间X射线探测技术具有一定的技术基础，但针对应用于X射线脉冲星导航的探测器技术，与美、欧、俄等航天大国相比，在探测灵敏度、轻量化、大面积集成等方面还存在较大差距。聚焦型脉冲星探测器以其本底小、具有大的光学增益等特点广泛用于大型天文望远镜中进行脉冲星探测、黑洞探测及其他致密物体观测。

近年来，随着镜头制备工艺及相关技术的发展，聚焦型光学系统和半导体探测器都得到了长足的发展。但是X射线脉冲星流量非常低，为了缩短观测时间，必须增大探测器的面积，面积增大后会产生体积和重量骤增问题，难以满足实际应用需求。

发明内容

本发明针对现有大面积X射线探测器系统笨重问题，瞄准最终脉冲星导航终端探测需求，提出一种应用于X射线脉冲星导航终端的轻小型探测器。

本发明是采用以下的技术方案实现的：一种应用于X射线脉冲星导航终端的轻小型探测器，包括机壳以及从上至下依次设置在机壳内的滤光膜、调制编码光学系统、多像素型射线传感器、优先读出电路和电子学模块；

所述滤光膜的一面紧贴到调制编码光学系统的上表面，另一面通过金属压板压紧，多像素X射线传感器设置在调制编码光学系统下表面，优先读出电路与多像素X射线传感器紧贴在一起焊装到PCB板上，电子学模块装配到PCB板上，PCB板固定在机壳的底部。

进一步的，所述滤光膜为矩形，中间为衬底膜，上下两侧为金属膜，材质采用铍膜，膜厚度6-20um。

进一步的，所述滤光膜的面积大于多像素X射线传感器阵列的总面积。

进一步的，所述调制编码光学系统采用微孔器件，通过调节微孔单元的长径比限制探测器的视场角，根据MURA编码序列对微孔通透性进行选择性加工，实现对光子调制编码。

进一步的，所述调制编码光学系统的编码阵列为m×m，为实现大面积集成，可采用阵列拼接模式，其拼接阵列与多像素X射线传感器拼接阵列M×N相同。

进一步的，对微孔通透性进行选择性加工采用MURA的编码实现原理如下：