【摘要】：地球電磁異常與地球空間輻射環(huán)境耦合機制研究早在二十世紀(jì)就已經(jīng)開始,世界上首顆地球電磁衛(wèi)星DEMTER搭載能夠探測粒子能量在0.8Me V*到2.5Me V范圍內(nèi)的高能粒子探測器,成功捕獲到與地面甚低頻源和極端災(zāi)害天氣等因素緊密聯(lián)系的電離層帶電高能粒子異常情況。中國電磁監(jiān)測試驗衛(wèi)星高能粒子探測器高能段載荷對帶電粒子能量測量進(jìn)行擴(kuò)展,增加了對粒子種類鑒別和粒子入射角度測量�？蓽y高能電子能量范圍擴(kuò)展為0.1Me V到50Me V,高能質(zhì)可測范圍為2Me V到200Me V。這對進(jìn)一步探索近地電磁異常與空間高能粒子暴的相關(guān)性研究具有重大意義。本文基于高能粒子探測器高能段載荷,對探測器的數(shù)采控制系統(tǒng)展開研究。主要內(nèi)容包括高能粒子探測器系統(tǒng)方案設(shè)計、探測器信號測量技術(shù)、數(shù)采控制系統(tǒng)設(shè)計及其軟件系統(tǒng)設(shè)計、系統(tǒng)測試及束流實驗等。首先,本文闡述了課題的研究背景及意義和國內(nèi)外研究現(xiàn)狀�；诒救嗽谥袊茖W(xué)院高能物理研究所實習(xí)階段的航天項目經(jīng)歷,簡要地介紹了高能粒子探測器高能段數(shù)采控制系統(tǒng)的課題來源,并對本文的主要內(nèi)容和基本框架進(jìn)行概括。其次,討論了高能粒子探測器粒子鑒別、角度測量、能量測量方法,比較了現(xiàn)有各類探測器,并提出高能粒子探測器探測單元設(shè)計原則和中國電磁監(jiān)測衛(wèi)星(CSES)的有效載荷構(gòu)成,以及高能粒子探測器的技術(shù)指標(biāo)。此外,針對高能段載荷探頭詳細(xì)介紹了探測器內(nèi)部結(jié)構(gòu)組成及探測器讀出電子學(xué)系統(tǒng)以及高能粒子探測器基本原理和能區(qū)劃分原則。然后,分析高能粒子探測器單元電路設(shè)計,包括探測器前端電子學(xué)電路設(shè)計和數(shù)采控制單元電路設(shè)計。繼而展開數(shù)采控制系統(tǒng)軟件設(shè)計,分別介紹了基于FPGA的軟件模塊設(shè)計,和基于MCU的軟件設(shè)計�？紤]星上軟件工作環(huán)境的特殊性,進(jìn)行了相應(yīng)的軟件可靠性設(shè)計。最后,對高能段數(shù)采控制系統(tǒng)進(jìn)行了各項基本性能測試以及載荷系統(tǒng)的束流實驗。通過實驗,有效地檢測了數(shù)采控制系統(tǒng)設(shè)計的合理性、有效性,實現(xiàn)了項目總體的技術(shù)指令要求,對帶電粒子種類鑒別、入射角度重建、入射粒子能量測量的研究目的。測試系統(tǒng)了功耗,驗證了系統(tǒng)功能實現(xiàn),并總結(jié)了探測性能和探測效率。通過對全文進(jìn)行總結(jié),高能粒子探測器高能段載荷各項技術(shù)指標(biāo)符合方案預(yù)期,針對初樣階段發(fā)現(xiàn)的不足以及航天產(chǎn)品的可靠性設(shè)計要求,對正樣階段研制工作進(jìn)行展望。*標(biāo)表示:粒子能量兆電子伏特,兆電子伏特與SI制的能量單位焦耳(J)的換算關(guān)系是1 Me V=1.602176565(35)×10-16J。
【學(xué)位授予單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：P353
【圖文】：

第 1 章 引 言第 1 章 引 言1.1 課題背景及意義空間輻射環(huán)境基本上由宇宙射線、太陽活動、地球輻射帶和次級輻射這四類組成。地球輻射帶是指更靠近地球的高能粒子分布區(qū)，它們相對穩(wěn)定，只有當(dāng)太陽活動或者地球磁場擾動時，分布的高能粒子的粒子才通量會急劇增加，它也被叫做范艾倫輻射帶(VanAllen Belt)(J.AVanAllen, 2004) 。當(dāng)?shù)厍蜉椛鋷У牧Ｗ犹幱谄椒�(wěn)周期時，它們同時存在三種相互獨立的運動：回旋運動、彈跳運動和漂移運動(ZELENYI L, 1989)。如下圖 1-1 如所示�；匦\動是以磁力線為軸心，彈跳運動則發(fā)生在磁鏡點間，漂移運動沿著赤道環(huán)行；這三種運動周期逐級遞增。

圖 1-2 探測到的震前粒子暴事例分布法國發(fā)射的電磁衛(wèi)星 DEMETER，同樣運行在地球輻射帶內(nèi)，以人工地基甚低頻信號（VLF）驗證了地面發(fā)射的電磁波會與空間高能帶電粒子產(chǎn)生共振，從而導(dǎo)致帶電粒子通量等信息異�，F(xiàn)象。DEMETER 衛(wèi)星以 VLF 電磁波作用空間粒子能區(qū)也只有0.07~2.5MeV，而實際上地震災(zāi)害產(chǎn)生的SEME覆蓋0到幾十兆，因此需要對能區(qū)范圍更廣的空間粒子進(jìn)行監(jiān)測(王平，2011)。1.1.2 課題研究意義高能粒子探測器是實現(xiàn)空間環(huán)境研究的重要途徑，通過對空間物理環(huán)境以及輻射耦合機制研究，對地震災(zāi)害預(yù)報具有深刻的意義。高能粒子探測技術(shù)也能夠通過該課題得到具體的檢驗，這對提高我國空間探測和災(zāi)害預(yù)報能力同樣至關(guān)重要。通過此項目的實施，可以開發(fā)與掌握多項空間帶電粒子探測的關(guān)鍵技術(shù)。提高空間粒子探測器及相關(guān)的低噪聲電子學(xué)數(shù)據(jù)獲取系統(tǒng)的研發(fā)能力；同時發(fā)展適應(yīng)空間應(yīng)用的空間粒子探測器的測試、數(shù)據(jù)處理與重建、粒子鑒別等方法，加強我國在空間高能粒子探測技術(shù)方面的基礎(chǔ)，拓展對空間輻射環(huán)境的觀測與研究能

成都理工大學(xué)碩士學(xué)位論文探測器高能段通過對探測位置靈敏的雙面硅條探測器（DSSD）實現(xiàn)對入射粒子的角度測量。根據(jù)技術(shù)指標(biāo)要求探測器角度測量分辨率在5 以內(nèi)，即粒子入射角度測量的偏差值。由于 DSSD 超薄的物理特性，入射粒子穿過 DSSD 并不會產(chǎn)生軌跡偏轉(zhuǎn)，這對入射粒子角度測量具有重要的意義。DSSD 是雙層結(jié)構(gòu)，帶電粒子穿過第一層硅面，打到第二層硅面獲得入射粒子在三維空間的兩個點坐標(biāo)。通過三維空間球坐標(biāo)示意（如圖 2-1），可以計算出粒子投擲角(吳峰，2013)39-40。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前4條

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相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

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相關(guān)碩士學(xué)位論文 前1條

1 張云龍;一種基于FPGA的數(shù)據(jù)采集及處理系統(tǒng)設(shè)計[D];吉林大學(xué);2015年

本文編號：2798810