用于火星探测的电子分析器定标

用于火星探测的电子分析器采用了带偏转板的同轴圆柱形静电分析器, 该传感器方案在满足性能指标的同时实现了小型化. 利用法国空间辐射研究中心(CESR)的电子源, 对电子分析器两个传感器通道的静电分析器因子、能量分辨率、偏转板偏转因子、 方位角分辨率和极角分辨率进行了定标. 给出了上述参数的定标结果, 并对结果进行了分析. 结果表明,仪器的能量范围、能量分辨率、方位角视场及角度分辨率等参数均优于指标要求. 定标结果为电子分析器在轨数据处理和分析以及在轨运行参数设置提供了依据.      

火星等离子体环境探测

萤火一号(YH-1)探测器将对火星空间环境进行独立而深入的探测研究,探测各空间区域的等离子体特性及其对太阳风扰动的响应,以及火星离子逃逸过程,研究太阳风对火星水体损失的影响。为了实现这一目标,萤火一号搭载了等离子体探测包,包括2个离子分析器和1个电子分析器,具有较高的时间分辨率、能量分辨率,可以探测0.02～10 keV的离子、电子,同时能够对粒子的入射方向及1～44 au(1 au=9.1095×10~(-31)kg)质量范围内的离子成分进行分辨。本文阐述了萤火一号等离子体探测的科学意义,并对等离子体包的工作原理,仪器设计进行了介绍。     

掠入射聚焦型脉冲星探测器的能量响应标定

通过地面及在轨试验对掠入射聚焦型脉冲星探测器(FXPT)能量响应特性进行了标定.掠入射聚焦型脉冲星探测器采用X射线掠入射聚焦探测体制,探测来源于X射线脉冲星发射的X射线光子,精确测定X射线光子的到达时刻和能量.标定结果表明探测器在全设计能段内具有良好的线性响应特性,光子能量测量误差优于0.5%.能量分辨率误差优于10%,能量分辨率可达156 eV@6.4 keV.探测器入轨后对超新星遗迹的能谱观测表明,探测器在轨光子能量标记准确,能量分辨率与地面标定结果一致.地面及在轨标定结果为掠入射聚焦型脉冲星探测器的数据处理和科学分析提供了重要的依据.     

热离子质谱分析仪的研制及定标

热离子质谱分析是空间等离子体探测的核心技术之一.热离子质谱分析仪采用了半球形静电分析器结合基于碳膜的飞行时间系统方案，是目前应用最广泛、最成熟的空间热离子质谱分析技术.热离子质谱分析仪解决了三项关键技术，即5mV高分辨扫描高压，10~20nm超薄碳膜处理以及30kV超高加速电压.分析仪原理样机在瑞士伯尔尼大学完成了定标试验，实现指标参数如下:能量范围为0.499eV~29.94keV，能量分辨率为10.5%；能够实现离子成分H+，He+，O+的分辨；视场范围为360°×8.4°，角度分辨率为22.5°×8.4°.基于热离子质谱分析仪的研制基础，可以进一步开发出更高质谱分辨、更大探测视场以及小型化的等离子体探测载荷.      

一种外日球层拾起离子探测器的设计与仿真

针对外日球层低速、低密度、低温的拾起离子(PUIs)的高分辨探测需求，以带顶盖超环面静电分析器、阻滞势分析器和线性场飞行时间系统为基础设计了一种新型高分辨拾起离子探测器。经过有限元仿真分析，探测器可实现离子(氢)的速度范围15.7～1 072.2 km/s，密度范围0.000 1～100 cm^-3，温度高于474.9 K的探测，同时可实现典型拾起离子(氢、氦、碳、氮、氧、氖)的成分分辨，质谱分辨率(M/ΔM)大于40。     

FY-2C卫星太阳X射线探测器性能定标

通过具体的实验对FY-2C太阳X射线探测器进行了详细的定标.太阳X射线探测器的传感器采用充Ar气的正比计数器.主要探测能量大于4 KeV的太阳X射线流量.在坪特性、效率、正比性、能道划分、能量分辨率和时间分辨率等6个方面详细介绍了定标的方法及结果.定标结果表明,FY-2C卫星的太阳X射线探测器在各个方面都具有很好的性能.最后对FY-2C的在轨探测数据与GOES卫星进行了比较.GOES卫星的太阳X射线传感器采用电离室.FY-2C的探测结果与GOES的探测结果非常吻合.结果表明,FY-2C太阳X射线探测器可以很好地监测太阳X射线的流量变化,为空间环境监测提供有效的服务.      

风云三号E星中能质子探测器标定

风云三号E星搭载的中能质子探测器实现了风云三号系列卫星首次对辐射带中能质子进行多方向的测量。中能质子探测器实现了对九个方向的测量能量范围为0.03～5 MeV的中能质子能谱的测量。为确定中能质子探测器的实际性能，在仪器交付前，利用中国科学院国家空间科学中心的中高能电子加速器，对中能质子探测器的能量分辨率，相对响应效率曲线、不同方向探头测量一致性以及抗电子污染能力进行了标定。文中介绍了仪器的标定场所、标定内容，并对标定的结果做了分析。其结果显示，仪器的能量分辨率为6.50%@310 keV，各测量一致性偏差优于1.51%，电子在仪器内产生污染计数的概率低于1%。该结果为中能质子探测器在轨运行时数据的分析处理提供了重要的参考依据。     

电离层综合探测器数据采集处理单元设计研究

电离层综合探测器(CDI)是一种面向快速响应航天器平台、用于原位综合探测电离层等离子体及未完全电离中性气体的新概念空间环境探测仪器, 实现了对常规平板朗缪尔探针、阻滞势分析器和离子阱质量分析器的小型化、一体化设计与集成. 本文基于USB2.0接口和FPGA (Field-Programmable Gate Array)技术, 选用高集成度的COTS (Commercial-Off-The-Shelf)器件, 对CDI多通道数据采集处理单元的系统方案和硬件设计进行研究, 并对FPGA的逻辑资源利用情况和Fusion器件内部ADC采样以及FIFO (First Input First Output)读写时序进行了仿真和分析.      

电子照射对硅漂移探测器性能的影响

由于高能电子辐射的长期照射,新一代太阳X射线探测器硅漂移传感器的探测性能可能发生变化.通过用电子放射源模拟空间电子对硅漂移探测器进行辐射照射试验,以测试电子照射对传感器能量分辨率、效率、信号幅度等性能的影响.试验结果表明,长期的电子照射造成硅漂移探测器面损伤和体损伤,使其漏电流增大,信号幅度减小,能量分辨率也受到照射的影响,而探测效率未发生变化.     

带顶盖的半球形静电分析器的计算机模拟

从解带顶盖的半球形90°静电分析器关于势分布的Laplace方程开始,建立了荷电粒子在分析器中的运动方程,确定了以时间为参量的粒子运动轨道,引出了传输函数和几何因子的表达式,从而提供了一套适用于带顶盖的半球形90°静电分析器的模拟方法.为了使用方便,给出了传输函数和几何因子的尺度性质.所编制的程序特别地被应用于Sablik等的分析器原型,在现在的模拟结果和Sablik等的结果的对比中,评估了本文描述的模拟技术的精确性.      

An instrument for rapidly measuring plasma distribution functions with high resolution

A new instrument which can rapidly measure plasma particle distribution functions has been developed based upon recent innovations in electrostatic analyzer design and position sensitive particle detection. The new analyzer uses a quadrispherical geometry, but has a completely uniform 360° fan-shaped field of view. The polar angular distribution of entering particles is spatially imaged onto a position sensitive detector at the annular exit aperture after a deflection through 90°. Several methods of position sensitive detection have been successfully used in conjunction with this analyzer. The simplest is individual channel multipliers spaced around the annular exit. Microchannel plate electron multipliers permit greater position resolution to be obtained, and a detector using microchannel plates followed by a resistive anode image converter obtains angular resolution of about one degree -- $\text{i.e.}$, 360 individual angle pixels. Instruments of this type were flown on a sounding rocket in early 1982 and will be included on the Giotto comet mission and the AMPTE ion release module (IRM).     

A Satellite-borne Miniature Ion Mass Spectrometer for Space Plasma

The miniature design technology is an important trend in space exploration. Mass spectrometer is used extensively in the space environment detection. The miniature ion mass spectrometer utilizes a 127° cylindrical electrostatic analyzer accompanied with a Time of Flight (TOF) unit based on ultrathin carbon foil to measure the energy spectra and composition of space plasma. The Time of Flight technique has been used broadly in space plasma measurement. A new type of miniature method for the ion mass spectrometer is introduced. The total mass of the instrument is 1.8 kg and the total power consumption is 2.0W. The calibration results show that the energy measurement range is 8.71～43550eV, the energy resolution is 1.86% and the ion mass from 1 amu (1 amu = 1.67 × 10-27 kg) to 58 amu can be resolved by the miniature mass spectrometer. The miniature ion mass spectrometer also has a potential to be increased in the field of view by an electrostatic deflecting system to extend its application in space plasma detection. The miniature ion mass spectrometer has been selected for pre-study of Chinese Strategic Priority Research Program on Space Science.      

异形光斑的高精度光束偏转角度测量

大气湍流通常会造成激光光斑畸变为不规则的异形光斑,针对目前四象限探测器(QD)对空间光通信中不规则光斑偏转角度测量精度不足的问题,提出了一种基于多源信息融合的高精度光束偏转角度测量方法.该方法通过对QD及电荷耦合元件(CCD)的数据信息进行融合分析,在保持QD高分辨率和高响应速度的基础上,提高QD对不规则光斑偏转角的测...     

圆柱形静电分析器的数值模拟

对美国DMSP系列卫星载60°圆柱形分析器的性能进行了数值模拟:以同时过松弛迭代法解Laplace方程,得到分析器内的势分布,由荷电粒子在分析器势场中的运动轨道以及传输概率的MontCarlo积分得出分析器的各种响应和几何因子．变动与分析器几何相联系的输入量,计算机程序可移用于其它圆柱形分析器.      

中性原子成像仪的定标测试

中性原子成像仪（NAIS-H）获取的高时空分辨率图像可为地球空间磁暴和亚暴过程的各类机制研究提供全景式的空间粒子分布数据,为磁层与电离层耦合、磁层能量耗散等MIT（磁层elax-elax电离层elax-elax热层耦合小卫星星座探测计划）科学研究任务提供重要的数据支撑.探测器的标定是研制过程的一个重要技术环节,是日后空间探测数据分析和反演基本依据.本文利用模拟信号源对中性原子成像仪原理样机的前端电子学系统进行了能谱定标,并利用电子加速器对标定的能谱进行了辐射测试验证.      

用于深空探测的400 MHz带宽Chirp变换谱分析仪的设计与实现

Chirp变换频谱仪（CTS）具有低功耗、高稳定性等优点，在深空探测领域中具有独特的优势。罗塞塔（Rosetta）彗星探测器搭载的180 MHz带宽Chirp变换频谱分析仪，是迄今为止唯一成功完成空间任务的后端外差式实时频谱分析仪。基于Chirp变换谱分析的原理，设计构建了数字展宽线技术与声表面波压缩线技术相结合的400 MHz带宽Chirp变换谱分析仪。完成了数字展宽线与模拟声表面波压缩线的优化匹配设计，使系统的分辨率达到了理论值100 kHz。进一步采用调频信号和多频率点信号对CTS系统进行了测试验证。      

静电场仪校准系统的设计及仿真研究

静电场仪的精确校准对提高卫星在轨电场探测精度、保障卫星安全发射升空、精确预测雷电等具有重要意义。针对电场仪校准的需要,设计了平行极板电容式静态电场仪校准装置。利用三维电磁场仿真软件CST对标准静电场发生装置进行数值仿真,研究了校准箱内部及边缘处的静电场分布特点,分析标准极板直径和间距对边缘效应的影响,结合极板平行度对电场均匀性的影响分析,确定了校准过程中电场仪探头的最佳位置,实现静电场仪校准装置的最优化设计。