X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法专利检索-航天器飞机类型专利检索查询-专利查询网

X射线脉冲星角 位置测量地面仿真验证系统及其使用方法

阅读：687发布：2022-08-06

专利汇可以提供X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本发明公开了一种 X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法，X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统包括：光束产生与转换装置、波形处理单元一、波形处理单元二、时间标定单元一、时间标定单元二、原子钟、程控计算机、真随机数产生单元。本发明采用恒定光源以及随机筛选的方式模拟X射线脉冲星信号，系统结构简单，避免了因为调制光源而带来的时域上的波形失真，支持具有多物理特性的X射线脉冲星信号仿真，信号的可信度高。，下面是X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法专利的具体信息内容。

权利要求

1.X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统，其特征在于，包括：光束产生与转换装置(1)、波形处理单元一(2)、波形处理单元二(3)、时间标定单元一(4)、时间标定单元二(5)、原子钟(6)、程控计算机(7)、真随机数产生单元(8)；
所述光束产生与转换装置(1)，用于模拟产生X射线脉冲星信号并将其转换为电脉冲信号；
所述波形处理单元一(2)和波形处理单元二(3)，用于将光束产生与转换装置(1)发送的电脉冲信号转换为方波电压信号；
所述时间标定单元一(4)和时间标定单元二(5)，用于将波形处理单元一(2)和波形处理单元二(3)发送的方波电压信号进行标定到达时间，获得光子到达时间，然后将光子到达时间传输至程控计算机(7)；所述时间标定单元一(4)和时间标定单元二(5)中均设有原子钟(6)作为时间基准；
所述程控计算机(7)，用于提供人机交互操作窗口，对两路光子到达时间进行时延补偿，利用光子到达时间数据进行运算分析，估计脉冲星角位置；
所述真随机数产生单元(8)，用于产生随机数，并将随机数作为阈值传输给程控计算机(7)。
2.根据权利要求1所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统，其特征在于，所述光束产生与转换装置(1)，包括恒定光源(11)、衰减器(12)、分束器(13)、光电倍增管一(14)、光电倍增管二(15)；
所述恒定光源(11)，用于产生一束平行光并发射至衰减器(12)；
所述衰减器(12)，用于将恒定光源(11)产生的平行光衰减为流量为恒定值的单光子，并发送至分束器(13)；
所述分束器(13)，用于将单光子分为通道一和通道二的两路弱光子流信号；
所述光电倍增管一(14)和光电倍增管二(15)，用于将分束器(13)发送的两路弱光子流信号转换为电脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统，其特征在于，所述程控计算机(7)，包括光子速率函数计算单元(71)、时延补偿单元(72)、操作与显示界面(73)、解算单元(74)；
所述光子速率函数计算单元(71)，用于将轨道文件中的卫星的位置和速度信息、行星星历数据、时间尺度转换公式，计算出由时间标定单元一(4)和时间标定单元二(5)获得的光子到达时间上在理论值上的卫星处光子速率；
所述时延补偿单元(72)，用于对卫星处光子到达时间进行时间延迟补偿，获得两颗卫星处光子到达时间，按照时间序列先后次序排列卫星处光子的到达时间序列，以观测时间长度对卫星处光子到达时间序列进行分段保存；
所述解算单元(74)，用于解算时延补偿单元(72)的计算结果，并将解算结果传递给操作与显示界面(73)；
所述操作与显示界面(73)，用于呈现解算单元(74)所传送的解算结果。
4.根据权利要求2所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统，其特征在于，所述恒定光源(11)采用LED或激光光源任意一种；
所述光电倍增管一(14)和光电倍增管二(15)型号为侧窗型R1527P光电倍增管；
所述分束器(13)中心到光电倍增管一(14)探测面中心的距离与分束器(13)中心到光电倍增管二(15)探测面中心的距离相等。
5.根据权利要求3所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统，其特征在于，所述程控计算机(7)的通信接口为RS485、RS232、RS422、RJ45以及以太网的任意一种。
6.一种如权利要求1-5任意一项所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统的使用方法，其特征在于，具体按照以下步骤进行：
步骤S1、用户通过操作和显示界面(73)加载两个卫星的轨道文件，选择观测的为脉冲星，设置观测时间；卫星轨道文件格式是txt文本或FITS格式文件，卫星轨道采用的时间系统是地球时时间系统，建立在J2000.0天球赤道坐标系中；
步骤S2、恒定光源(11)发出光线经过衰减器(12)，衰减成流量为恒定值的单光子，经过分束器(13)分别进入通道一和通道二，流量均为λ0的两路弱光子流信号分别被光电倍增管一(14)和光电倍增管二(15)探测，转换成电脉冲信号，电脉冲信号经过波形处理单元一(2)和波形处理单元二(3)，放大并转换成方波电压信号，由时间标定单元一(4)和时间标定单元二(5)对脉冲到达时间进行标定，即光子到达时间，将每个光子到达时间传输至程控计算机(7)，程控计算机(7)接收时间标定单元一(4)传入的光子到达时间，并按照时间先后次序，排列成光子到达时间序列为Ti，i＝1,2,3...，程控计算机(7)接收时间标定单元二(5)获得的光子到达时间，并按照时间先后次序，排列成光子到达时间序列为Tj，j＝1,2,3...；
步骤S3、程控计算机(7)以步骤S2中的光子到达时间序列Ti和Tj为参数，调用光子速率函数计算单元(71)，获得理论上卫星处光子速率值，以真随机数产生单元(8)产生随机数作为阈值，判断光子到达时间是否为卫星处光子到达时间，是则保留，否则删除；
步骤S4、程控计算机(7)利用时延补偿单元(72)对卫星处光子到达时间进行时间延迟补偿，获得两颗卫星处光子到达时间，按照时间序列先后次序排列为卫星处光子到达时间序列，以观测时间长度对卫星处光子到达时间序列分段保存；时延补偿单元(72)，利用两颗卫星的实时位置和脉冲星的位置，以卫星一的位置为参考计算出在卫星二所有的光子到达时间上，脉冲星发射的同一信号到达卫星一与到达卫星二的时间延迟量，并将卫星二接收到的卫星二处光子到达时间减去卫星二处光子到达时间对应的时间延迟量；
步骤S5、程控计算机(7)以卫星处光子到达时间序列为观测量，调用解算单元(74)，将解算结果在操作和显示界面(73)显示。
7.根据权利要求6所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S3，包括以下步骤：
步骤S31、光子速率函数计算单元(71)，使用轨道文件中的卫星的位置和速度信息、行星星历数据、时间尺度转换公式，用来计算出由时间标定单元一(4)和时间标定单元二(5)获得的光子到达时间序列Ti和Tj在理论值上的卫星处光子速率λ(Ti)和λ(Tj)，λ(Ti)和λ(Tj)由光子速率函数λ(T)得出；
步骤S32、真随机数产生单元(8)产生随机数为Xi和Xj，其中，i＝1,2,3...，j＝1,2,
3...，0＜Xi＜1，0＜Xj＜1；使用光子速率函数为λ(T)进行判断，判断Xi≤λ(Ti)/λ0，Xj≤λ(Tj)/λ0，小于等于则保留Ti和Tj，大于则删除Ti和Tj，保留下的Ti为卫星一处光子到达时间TEi，保留下的Tj为卫星二处光子到达时间TEj。
8.根据如权利要求7所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S31中光子速率函数λ(T)的表达式为，
其中，T采用地球时时间系统，vSC/SSB(T)是时间T下卫星相对于太阳系质心的速度矢量，n是脉冲星在太阳系质心坐标系下的单位矢量，c是光速，λb是背景流量，λs是脉冲星源流量，h(φ)是脉冲星的面积归一化的标准轮廓，φ0是脉冲星在时间T0下的初始相位，φ(T)是脉冲星在时间T下的相位，f、是脉冲星在时间T0下的频率参数，f是脉冲星自转频率，是脉冲星自转频率一阶导、是脉冲星自转频率二阶导，τ(T)是在时间T下航天器处光子传播到太阳系质心处的光行时和时间尺度转换误差，rSC/SSB(T)是时间T下卫星相对于太阳系质心的位置矢量，usun是太阳的引力常数，bSSB/SUN(T)是时间T下太阳系质心相对于太阳质心的位置矢量，|rSC/SSB(T)|是rSC/SSB(T)向量的模值，|bSSB/SUN(T)|是bSSB/SUN(T)向量的模值，P(T)是地球时转换到太阳系质心力学时的校正值。
9.根据权利要求7所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S4，包括以下步骤：
步骤S41、由步骤S32获得卫星一处光子到达时间为TEi，卫星二处光子到达时间为TEj，其中，i＝1,2,3...，j＝1,2,3...；
通过样条差值计算出卫星一的位置矢量为R1(TEi)，卫星二的位置矢量为R2(TEj)；
相对于太阳系质心，脉冲星在太阳系质心坐标系下的单位矢量为n；
系统的两路并行信号传输时间延迟恒定值为τ0；
时间延迟量为τ(TEj)＝[R2(TEj)-R1(TEj)]·n/c+τ0，其中c是真空中光速；
时延校正后的卫星二处光子到达时间序列为TEj-τ(TEj)，j＝1,2,3...。
10.根据权利要求6所述的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统的使用方法，其特征在于，所述步骤S5解算单元(74)获得每段观测时间内的时间延迟量τ(TEj)，并将计算得出的时间延迟量τ(TEj)存储在文本文件中，根据甚长基线干涉测量的基本几何原理，根据时间延迟量τ(TEj)得出脉冲星方向单位矢量n与卫星一的位置矢量R1(TEi)到卫星二的位置矢量R2(TEj)之间的夹角，再依照坐标系转换获得脉冲星在J2000.0天球赤道坐标系下的赤经和赤纬。

说明书全文

X射线脉冲星角 位置测量地面仿真验证系统及其使用方法

技术领域

[0001] 本发明属于天体测量技术领域，涉及一种基于双卫星平台的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法。

背景技术

[0002] 在构建和维持高质量的时空参考系，以及实现空间天文自主导航等领域，均需要高精度的天体角位置的测量。脉冲星是高速自转的中子星，周期性的辐射电磁信号，通过高精度地测定脉冲星角位置，可以丰富和完善基本星表，提高时空基准的精度和脉冲星导航的精度。

[0003] 目前对脉冲星角位置测量主要依靠地面甚长基线干涉测量(VLBI)技术，脉冲星辐射的射电波段可以穿过大气层被地球表面的两个测站接收，当两个测站之间的矢量与脉冲星方向存在夹角时，脉冲星发射的同一波前会先后到达两测站，将两路信息进行相关处理获得时间延迟，根据几何关系就可以得出时间延迟与脉冲星角度的关系，从而获得脉冲星的角位置信息，当前的测量精度最好可以达到亚毫角秒量级。

[0004] 地面VLBI技术的测量精度与基线的长度成正比，但地面上测站之间的基线长度受到地球半径的限制，不能任意增长。所以将测站以卫星的形式发射到环地球轨道上或者是环月球轨道上均可以提高基线长度，并且能够在全波段对脉冲星进行观测。通过这种方式可以提高脉冲星角位置测量精度。申请号为201310571152.2，发明名称为“一种基于双卫星平台的脉冲星角位置测量系统及方法”，公开日：2014年3月19日，提出了一种基于双卫星平台的脉冲星角位置测量方案，该发明没有涉及地面仿真验证系统。但是脉冲星辐射的X射线无法穿透地球大气层，只能在大气层外进行观测；空间飞行试验成本昂贵、风险较大，在地面建立一套基于双卫星平台的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统显得尤为重要。

发明内容

[0005] 为实现上述目的，本发明提供一种X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法，解决了现有技术中脉冲星辐射的X射线无法穿透地球大气层，只能在大气层外进行观测，且空间飞行试验成本昂贵、风险较大的问题。

[0006] 本发明所采用的技术方案是，X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统，包括：光束产生与转换装置、波形处理单元一、波形处理单元二、时间标定单元一、时间标定单元二、原子钟、程控计算机、真随机数产生单元；

[0007] 所述光束产生与转换装置，用于模拟产生X射线脉冲星信号并将其转换为电脉冲信号；

[0008] 所述波形处理单元一和波形处理单元二用于，将光束产生与转换装置发送的电脉冲信号转换为方波电压信号；

[0009] 所述时间标定单元一和时间标定单元二，用于将波形处理单元一和波形处理单元二发送的方波电压信号进行标定到达时间，获得光子到达时间，然后将光子到达时间传输至程控计算机；所述时间标定单元一和时间标定单元二中均设有原子钟作为时间基准；

[0010] 所述程控计算机，用于提供人机交互操作窗口，对两路光子到达时间进行时延补偿，利用光子到达时间数据进行运算分析，估计脉冲星角位置；

[0011] 所述真随机数产生单元，用于产生随机数，并将随机数作为阈值传输给程控计算机。

[0012] 进一步的，所述光束产生与转换装置，包括恒定光源、衰减器、分束器、光电倍增管一、光电倍增管二；

[0013] 所述恒定光源，用于产生一束平行光并发射至衰减器；

[0014] 所述衰减器，用于将恒定光源产生的平行光衰减为流量为恒定值的单光子，并发送至分束器；

[0015] 所述分束器，用于将单光子分为通道一和通道二的两路弱光子流信号；

[0016] 所述光电倍增管一和光电倍增管二，用于将分束器发送的两路弱光子流信号转换为电脉冲信号。

[0017] 进一步的，所述程控计算机，包括光子速率函数计算单元、时延补偿单元、操作与显示界面、解算单元；

[0018] 所述光子速率函数计算单元，用于将轨道文件中的卫星的位置和速度信息、行星星历数据、时间尺度转换公式，计算出由时间标定单元一和时间标定单元二获得的光子到达时间上在理论值上的卫星处光子速率；

[0019] 所述时延补偿单元，用于对卫星处光子到达时间进行时间延迟补偿，获得两颗卫星处光子到达时间，按照时间序列先后次序排列卫星处光子的到达时间序列，以观测时间长度对卫星处光子到达时间序列进行分段保存；

[0020] 所述解算单元，用于解算时延补偿单元的计算结果，并将解算结果传递给操作与显示界面；

[0021] 所述操作与显示界面，用于呈现解算单元所传送的解算结果。

[0022] 进一步的，所述恒定光源采用LED或激光光源任意一种；

[0023] 所述光电倍增管一和光电倍增管二型号为侧窗型R1527P光电倍增管；

[0024] 所述分束器中心到光电倍增管一探测面中心的距离与分束器中心到光电倍增管二探测面中心的距离相等。

[0025] 进一步的，所述程控计算机的通信接口为RS485、RS232、RS422、RJ45以及以太网的任意一种。

[0026] 本发明所采用的另一种技术方案是，X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统的使用方法，具体按照以下步骤进行：

[0027] 步骤S1、用户通过操作和显示界面加载两个卫星的轨道文件，选择观测的为脉冲星，设置观测时间；卫星轨道文件格式是txt文本或FITS格式文件，卫星轨道采用的时间系统是地球时时间系统，建立在J2000.0天球赤道坐标系中；

[0028] 步骤S2、恒定光源发出光线经过衰减器，衰减成流量为恒定值的单光子，经过分束器分别进入通道一和通道二，流量均为λ0的两路弱光子流信号分别被光电倍增管一和光电倍增管二探测，转换成电脉冲信号，电脉冲信号经过波形处理单元一和波形处理单元二，放大并转换成方波电压信号，由时间标定单元一和时间标定单元二对脉冲到达时间进行标定，即光子到达时间，将每个光子到达时间传输至程控计算机，程控计算机接收时间标定单元一传入的光子到达时间，并按照时间先后次序，排列成光子到达时间序列为Ti，i＝1,2,3...，程控计算机接收时间标定单元二获得的光子到达时间，并按照时间先后次序，排列成光子到达时间序列为Tj，j＝1,2,3...；

[0029] 步骤S3、程控计算机以步骤S2中的光子到达时间序列Ti和Tj为参数，调用光子速率函数计算单元，获得理论上卫星处光子速率值，以真随机数产生单元产生随机数作为阈值，判断光子到达时间是否为卫星处光子到达时间，是则保留，否则删除；

[0030] 步骤S4、程控计算机利用时延补偿单元对卫星处光子到达时间进行时间延迟补偿，获得两颗卫星处光子到达时间，按照时间序列先后次序排列为卫星处光子到达时间序列，以观测时间长度对卫星处光子到达时间序列分段保存；时延补偿单元，利用两颗卫星的实时位置和脉冲星的位置，以卫星一的位置为参考计算出在卫星二所有的光子到达时间上，脉冲星发射的同一信号到达卫星一与到达卫星二的时间延迟量，并将卫星二接收到的卫星二处光子到达时间减去卫星二处光子到达时间对应的时间延迟量；

[0031] 步骤S5、程控计算机以卫星处光子到达时间序列为观测量，调用解算单元，将解算结果在操作和显示界面显示。

[0032] 进一步的，所述步骤S3，包括以下步骤：

[0033] 步骤S31、光子速率函数计算单元，使用轨道文件中的卫星的位置和速度信息、行星星历数据、时间尺度转换公式，用来计算出由时间标定单元一和时间标定单元二获得的光子到达时间序列Ti和Tj在理论值上的卫星处光子速率λ(Ti)和λ(Tj)，λ(Ti)和λ(Tj)由光子速率函数λ(T)得出；

[0034] 步骤S32、真随机数产生单元产生随机数为Xi和Xj，其中，i＝1,2,3...，j＝1,2,3...，0＜Xi＜1，0＜Xj＜1；使用光子速率函数为λ(T)进行判断，判断Xi≤λ(Ti)/λ0，Xj≤λ(Tj)/λ0，小于等于则保留Ti和Tj，大于则删除Ti和Tj，保留下的Ti为卫星一处光子到达时间TEi，保留下的Tj为卫星二处光子到达时间TEj。

[0035] 进一步的，所述步骤S31中光子速率函数λ(T)的表达式为，

[0036]

[0037]

[0038]

[0039] 其中，T采用地球时时间系统，vSC/SSB(T)是时间T下卫星相对于太阳系质心的速度矢量，n是脉冲星在太阳系质心坐标系下的单位矢量，c是光速，λb是背景流量，λs是脉冲星源流量，h(φ)是脉冲星的面积归一化的标准轮廓，φ0是脉冲星在时间T0下的初始相位，φ(T)是脉冲星在时间T下的相位，f、是脉冲星在时间T0下的频率参数，f是脉冲星自转频率，是脉冲星自转频率一阶导、是脉冲星自转频率二阶导，τ(T)是在时间T下航天器处光子传播到太阳系质心处的光行时和时间尺度转换误差，rSC/SSB(T)是时间T下卫星相对于太阳系质心的位置矢量，usun是太阳的引力常数，bSSB/SUN(T)是时间T下太阳系质心相对于太阳质心的位置矢量，|rSC/SSB(T)|是rSC/SSB(T)向量的模值，|bSSB/SUN(T)|是bSSB/SUN(T)向量的模值，P(T)是地球时转换到太阳系质心力学时的校正值。

[0040] 进一步的，所述步骤S4，包括以下步骤：

[0041] 步骤S41、由步骤S32获得卫星一处光子到达时间为TEi，卫星二处光子到达时间为TEj，其中，i＝1,2,3...，j＝1,2,3...；

[0042] 通过样条差值计算出卫星一的位置矢量为R1(TEi)，卫星二的位置矢量为R2(TEj)；

[0043] 相对于太阳系质心，脉冲星在太阳系质心坐标系下的单位矢量为n；

[0044] 系统的两路并行信号传输时间延迟恒定值为τ0；

[0045] 时间延迟量为τ(TEj)＝[R2(TEj)-R1(TEj)]·n/c+τ0，其中c是真空中光速；

[0046] 时延校正后的卫星二处光子到达时间序列为TEj-τ(TEj)，j＝1,2,3...。

[0047] 进一步的，所述步骤S5解算单元获得每段观测时间内的时间延迟量τ(TEj)，并将计算得出的时间延迟量τ(TEj)存储在文本文件中，根据甚长基线干涉测量的基本几何原理，根据时间延迟量τ(TEj)得出脉冲星方向单位矢量n与卫星一的位置矢量R1(TEi)到卫星二的位置矢量R2(TEj)之间的夹角，再依照坐标系转换获得脉冲星在J2000.0天球赤道坐标系下的赤经和赤纬。

[0048] 本发明的有益效果是，与现有技术相比，本发明具有以下优点：(1)采用恒定光源以及随机筛选的方式模拟X射线脉冲星信号，系统结构简单，避免了因为调制光源而带来的时域上的波形失真；(2)支持多探测器同时探测同一颗脉冲星情景的仿真模拟，保留了同一颗脉冲星发出的信号自身的相关特性；(3)支持具有多物理特性的X射线脉冲星信号仿真，信号的可信度高；(4)卫星平台运动的模拟是通过后端数据处理和补偿，降低了机械运动带来的误差。附图说明

[0049] 为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

[0050] 图1是本发明的系统结构示意图。

[0051] 图中，1.光束产生与转换装置，11.恒定光源，12.衰减器，13.分束器，14.光电倍增管一，15.光电倍增管二，2.波形处理单元一，3.波形处理单元二，4.时间标定单元一，5.时间标定单元二，6.厚子钟，7.程控计算机，71.光子速率函数计算单元，72.时延补偿单元，73.操作与显示界面，74.解算单元，8.真随机数产生单元。

具体实施方式

[0052] 下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

[0053] 基于双卫星平台的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统，如图1所示，包括：光束产生与转换装置1、波形处理单元一2、波形处理单元二3、时间标定单元一4、时间标定单元二5、原子钟6、程控计算机7、真随机数产生单元8；

[0054] 光束产生与转换装置1，用于模拟产生X射线脉冲星信号并将其转换为电脉冲信号，包括恒定光源11、衰减器12、分束器13、光电倍增管一14、光电倍增管二15；

[0055] 恒定光源11，用于产生一束平行光并发射至衰减器12，平行光的发光功率是恒定值，恒定光源11采用恒压源供电，恒定光源11采用LED或激光光源任意一种，恒压源采用干电池或蓄电池的任一种；

[0056] 衰减器12，用于将恒定光源11产生的平行光衰减为流量为恒定值的单光子，并发送至分束器13；

[0057] 分束器13，用于将单光子分为通道一和通道二的两路弱光子流信号；

[0058] 光电倍增管一14和光电倍增管二15，用于将两路弱光子流信号进行探测并转换成电脉冲信号；光电倍增管一14和光电倍增管二15采用高灵敏度且暗计数小的光电倍增管，光电倍增管一14和光电倍增管二15采用型号为侧窗型R1527P光电倍增管；

[0059] 波形处理单元一2和波形处理单元二3，用于将光电倍增管一14和光电倍增管二15发送的电脉冲信号转换为方波电压信号；波形处理单元一2和波形处理单元二3采用高灵敏度、低噪声、热稳定性好的电压比较器芯片组成的精密可调电压比较电路；

[0060] 时间标定单元一4和时间标定单元二5，用于将波形处理单元一2和波形处理单元二3发送的方波电压信号进行标定到达时间，获得光子到达时间，然后将光子到达时间传输至程控计算机7；时间标定单元一4和时间标定单元二5中均设有原子钟6作为时间基准；

[0061] 程控计算机7，用于提供人机交互操作窗口，对两路光子到达时间进行时延补偿，利用光子到达时间数据进行运算分析，估计脉冲星角位置；

[0062] 程控计算机7的通信接口为RS485、RS232、RS422、RJ45以及以太网的任一种，传输速率要高于二倍的光子产生速率，保证数据实的不间断的传输至程控计算机7；

[0063] 程控计算机7采用双核CPU且主频大于等于2GHz，运行内存大于等于8GB，数据存储区大于等于200GB的计算机；

[0064] 程控计算机7，包括光子速率函数计算单元71、时延补偿单元72、操作与显示界面73、解算单元74；

[0065] 光子速率函数计算单元71，用于将轨道文件中的卫星的位置和速度信息、行星星历数据、时间尺度转换公式，计算出由时间标定单元一4和时间标定单元二5获得的光子到达时间上在理论值上的卫星处光子速率；

[0066] 时延补偿单元72，用于对卫星处光子到达时间进行时间延迟补偿，获得两颗卫星处光子到达时间，按照时间序列先后次序排列卫星处光子的到达时间序列，以观测时间长度对卫星处光子到达时间序列进行分段保存；

[0067] 解算单元74，用于解算时延补偿单元72的计算结果，并将解算结果传递给操作与显示界面73；

[0068] 操作与显示界面73，用于呈现解算单元74所传送的解算结果；

[0069] 真随机数产生单元8，用于产生随机数，并将随机数作为阈值传输给程控计算机7，其中，随机数大于0，小于1；

[0070] 恒定光源11、衰减器12、分束器13、光电倍增管一14和光电倍增管二15，置于密闭光学屏蔽腔内，以防止外界光线对本系统的干扰，提高模拟的精度；

[0071] 分束器13中心到光电倍增管一14探测面中心的距离与分束器13中心到光电倍增管二15探测面中心的距离相等。

[0072] 基于双卫星平台的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法使用基于双卫星平台的X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统，具体按照以下步骤进行：

[0073] 步骤S1、用户通过操作和显示界面73加载两个卫星的轨道文件，选择观测的为脉冲星，设置观测时间；卫星轨道文件格式是txt文本或FITS格式文件，卫星轨道采用的时间系统是地球时(TT)时间系统，建立在J2000.0天球赤道坐标系中；

[0074] 步骤S2、恒定光源11发出光线经过衰减器12，衰减成流量为恒定值的单光子，经过分束器13分别进入通道一和通道二，流量均为λ0的两路弱光子流信号分别被光电倍增管一14和光电倍增管二15探测，转换成电脉冲信号，电脉冲信号经过波形处理单元一2和波形处理单元二3，放大并转换成方波电压信号，由时间标定单元一4和时间标定单元二5对脉冲到达时间进行标定，即光子到达时间，将每个光子到达时间传输至程控计算机7，程控计算机7接收时间标定单元一4传入的光子到达时间，并按照时间先后次序，排列成光子到达时间序列为Ti，i＝1,2,3...，程控计算机7接收时间标定单元二5获得的光子到达时间，并按照时间先后次序，排列成光子到达时间序列为Tj，j＝1,2,3...；利用稀疏法模拟非齐次泊松过程，步骤S2中的光子到达时间序列Ti和Tj为齐次泊松过程事件发生时间，再按概率稀疏就得到非齐次泊松过程事件发生时间；

[0075] 步骤S3、程控计算机7以步骤S2中的光子到达时间序列Ti和Tj为参数，调用光子速率函数计算单元71，获得理论上卫星处光子速率值，以真随机数产生单元8产生随机数作为阈值，判断光子到达时间是否为卫星处光子到达时间，是则保留，否则删除；

[0076] 步骤S31、光子速率函数计算单元71，使用轨道文件中的卫星的位置和速度信息、行星星历数据、时间尺度转换公式，用来计算出由时间标定单元一4和时间标定单元二5获得的光子到达时间序列Ti和Tj在理论值上的卫星处光子速率λ(Ti)和λ(Tj)，

[0077] 光子速率函数λ(T)的表达式为，

[0078]

[0079]

[0080]

[0081] 其中，T采用地球时(TT)时间系统，vSC/SSB(T)是时间T下卫星相对于太阳系质心(SSB)的速度矢量，n是脉冲星在太阳系质心坐标系下的单位矢量，c是光速，λb是背景流量，λs是脉冲星源流量，h(φ)是脉冲星的面积归一化的标准轮廓，φ0是脉冲星在时间T0下的初始相位，φ(T)是脉冲星在时间T下的相位，f、是脉冲星在时间T0下的频率参数，f是脉冲星自转频率，是脉冲星自转频率一阶导、是脉冲星自转频率二阶导，τ(T)是在时间T下航天器处光子传播到太阳系质心(SSB)处的光行时和时间尺度转换误差，rSC/SSB(T)是时间T下卫星相对于太阳系质心(SSB)的位置矢量，usun是太阳的引力常数，bSSB/SUN(T)是时间T下太阳系质心(SSB)相对于太阳质心的位置矢量，|rSC/SSB(T)|是rSC/SSB(T)向量的模值，|bSSB/SUN(T)|是bSSB/SUN(T)向量的模值，P(T)是地球时(TT)转换到太阳系质心力学时(TDB)的校正值；

[0082] 步骤S32、真随机数产生单元8产生随机数为Xi和Xj，其中，i＝1,2,3...，j＝1,2,3...，0＜Xi＜1，0＜Xj＜1；使用光子速率函数为λ(T)进行判断，判断Xi≤λ(Ti)/λ0，Xj≤λ(Tj)/λ0，小于等于则保留Ti和Tj，大于则删除Ti和Tj，保留下的Ti为卫星一处光子到达时间TEi，保留下的Tj为卫星二处光子到达时间TEj；

[0083] 步骤S4、程控计算机7利用时延补偿单元72对卫星处光子到达时间进行时间延迟补偿，获得两颗卫星处光子到达时间，按照时间序列先后次序排列为卫星处光子到达时间序列，以观测时间长度对卫星处光子到达时间序列分段保存；时延补偿单元72，利用两颗卫星的实时位置和脉冲星的位置，以卫星一的位置为参考计算出在卫星二所有的光子到达时间上，脉冲星发射的同一信号到达卫星一与到达卫星二的时间延迟量，并将卫星二接收到的卫星二处光子到达时间减去卫星二处光子到达时间对应的时间延迟量；

[0084] 步骤S41、由步骤S32获得卫星一处光子到达时间为TEi，卫星二处光子到达时间为TEj，其中，i＝1,2,3...，j＝1,2,3...；

[0085] 通过样条差值计算出卫星一的位置矢量为R1(TEi)，卫星二的位置矢量为R2(TEj)；

[0086] 相对于太阳系质心，脉冲星的位置单位向量为n；

[0087] 系统的两路并行信号传输时间延迟恒定值为τ0；

[0088] 时间延迟量为τ(TEj)＝[R2(TEj)-R1(TEj)]·n/c+τ0，其中c是真空中光速；

[0089] 时延校正后的卫星二处光子到达时间序列为TEj-τ(TEj)，j＝1,2,3...；

[0090] 步骤S5、程控计算机7以卫星处光子到达时间序列为观测量，调用解算单元74，解算单元(74)获得每段观测时间内的时间延迟量τ(TEj)，并将计算得出的时间延迟量τ(TEj)存储在文本文件中，根据甚长基线干涉测量的基本几何原理，根据时间延迟量τ(TEj)得出脉冲星方向单位矢量n与卫星一的位置矢量R1(TEi)到卫星二的位置矢量R2(TEj)之间的夹角，再依照坐标系转换获得脉冲星在J2000.0天球赤道坐标系下的赤经和赤纬，将解算结果在操作和显示界面73显示。

[0091] 恒定光源11发出的光线经过衰减器12，产生单弱光子流信号经过分束器13分别进入通道一和通道二，来模拟两颗在轨卫星同时探测同一颗脉冲星的情景。时间标定单元一4与时间标定单元二5使用同一原子钟信号，保证模拟过程中标记光子到达时间的一致性。将时间数据传输至程控计算机7进行时间数据筛选以及时间延迟补偿处理，获得两颗卫星处光子到达时间序列，然后调用光子速率函数计算单元71、时延补偿单元72，用解算单元74，得出解算结果在操作与显示界面73展示。该系统结构简单易于实验室实现，能够支撑X射线脉冲星角位置测量地面验证。

[0092] 以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

标题	发布/更新时间	阅读量
一种天线支架和航天器	2020-05-13	153
一种航天器用蜂窝板	2020-05-13	98
航天器生活垃圾抛射器	2020-05-14	550
飞碟航天器	2020-05-11	503
碟形航空航天器	2020-05-13	826
航天器	2020-05-11	524
新型航天器结构	2020-05-12	839
一种航天器构型	2020-05-12	334
模拟航天器	2020-05-12	718
航天器隔热装置	2020-05-13	721

X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法

X射线脉冲星角位置测量地面仿真验证系统及其使用方法

技术领域

背景技术

发明内容

具体实施方式

该功能需要专业版企业版VIP权限，您可以：