發(fā)布時間：2018-07-23 14:08

【摘要】：氣輝和極光是發(fā)生在地球電離層的重要的自然發(fā)光現(xiàn)象,它們的產(chǎn)生與太陽活動強(qiáng)度和地磁活動強(qiáng)度息息相關(guān)。通過對氣輝和極光的遠(yuǎn)紫外波段探測可以確定電離層的離子和中性粒子的密度、溫度、及其隨環(huán)境的變化情況,為研究磁層-電離層-熱層之間能量傳輸和轉(zhuǎn)換提供依據(jù)。遠(yuǎn)紫外輻射信息幾乎不受地球輻射背景的影響,已經(jīng)成為電離層參量日常監(jiān)測的理想手段。氣輝極光的遠(yuǎn)紫外輻射屬于微弱光信號,利用光子計數(shù)技術(shù)對微弱光信號進(jìn)行探測具有和其他模擬探測方法相比的諸多優(yōu)勢,比如有好的抗漂移性、高的靈敏度、高的信噪比、較好的時間穩(wěn)定性等�；谖⑼ǖ腊宓亩S探測器是實(shí)現(xiàn)微弱氣輝探測的理想單光子成像探測器,探測器采用碘化銫的光陰極將入射光子轉(zhuǎn)化為光電子,通過微通道板對光電子進(jìn)行倍增形成電子云。微通道板出射的電子云保留了原來的光子位置信息,通過陽極收集電荷,并在電子讀出電路中計算可以得到光子位置,從而實(shí)現(xiàn)對二維圖像信號的探測。本課題立足國內(nèi)外研究現(xiàn)狀,以探測氣輝極光為目標(biāo),圍繞遠(yuǎn)紫外光子計數(shù)成像探測器展開研究,主要完成以下工作:(1)使用LabVIEW編寫上位機(jī)軟件,通過控制FPGA完成數(shù)據(jù)的采集、傳輸和成像,并對探測器的暗計數(shù)、最大計數(shù)率等性能指標(biāo)進(jìn)行了測試和分析。(2)針對探測器的成像畸變原因,設(shè)計了多項式校正算法,使用C語言編寫動態(tài)鏈接庫實(shí)現(xiàn)了校正算法以便上位機(jī)軟件調(diào)用,并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了算法的可行性。(3)基于數(shù)字化儀NI5105搭建了探測器的高速信號采集系統(tǒng),對前端電子讀出電路的模擬電壓信號進(jìn)行采集并對采集數(shù)據(jù)進(jìn)行了波形甄別、位置解碼和計數(shù)成像,最后對探測器的最大計數(shù)率進(jìn)行了測試,分析了限制探測器最大計數(shù)率的原因。
[Abstract]:Gas glow and aurora are important natural luminescence phenomena occurring in the earth's ionosphere. Their generation is closely related to the intensity of solar activity and geomagnetic activity. The density, temperature and variation of ionospheric ions and neutral particles in the ionosphere can be determined by detecting the far ultraviolet band of the gas and aurora, which provides a basis for the study of energy transfer and conversion between the magnetosphere and the ionospheric thermosphere. The information of far ultraviolet radiation is almost independent of the earth's radiation background and has become an ideal method for the daily monitoring of ionospheric parameters. The far ultraviolet radiation of aurora is a weak light signal. The use of photon counting technology to detect weak optical signals has many advantages over other analog detection methods, such as good anti-drift, high sensitivity, high signal-to-noise ratio. Better time stability, etc. Two-dimensional detector based on microchannel plate is an ideal single-photon imaging detector for weak gas luminescence detection. The detector converts incident photon into photoelectron by photocathode of cesium iodide, and multiplies the photoelectron to form electron cloud through microchannel plate. The electron cloud emitted from the microchannel plate retains the original photon position information and collects the charge through the anode and calculates the photon position in the electronic readout circuit so as to realize the detection of the two-dimensional image signal. Based on the current research situation at home and abroad, the research is carried out around the far ultraviolet light counting imaging detector. The main work is as follows: (1) using LabVIEW to write the software of host computer, the acquisition of data is accomplished by controlling FPGA. Transmission and imaging, and the detector's dark count, the maximum counting rate and other performance indicators are tested and analyzed. (2) for the imaging distortion of the detector, a polynomial correction algorithm is designed. Using C language to write dynamic link library to realize the correction algorithm for the host computer software call, and through the experiment to verify the feasibility of the algorithm. (3) based on the digital instrument NI5105 to build the detector high-speed signal acquisition system, The analog voltage signal of the front-end electronic readout circuit is collected, and the collected data are detected by waveform identification, position decoding and counting imaging. Finally, the maximum counting rate of the detector is tested. The reason of limiting the maximum counting rate of the detector is analyzed.
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P352.7

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本文編號：2139654