一种基于随机单光子发射机制的X射线脉冲星信号模拟源

摘要

本发明公开了一种基于随机单光子发射机制的X射线脉冲星信号模拟源。使用本发明能够在实验室模拟X射线脉冲星的辐射特性，为X射线脉冲星导航系统提供地面试验平台。X射线脉冲星信号模拟源包括X射线脉冲星轮廓数据生成器、X射线脉冲星脉冲轮廓调制器、时间频率综合器、X射线信号发生器、准直器和减光滤光器。采用反函数随机数生成法实现脉冲星光子达到时间数据序列的生成及空间在轨动态效应和大尺度时空效应的加载，采用高稳定时间频率综合系统，脉冲周期稳定度为10^‑13量级，采用光激发X射线发生器，可以实现X射线脉冲星辐射信号的模拟，辐射能谱1～15keV，辐射流强为1～10^‑5ph/s/cm²，脉冲轮廓逼近度95%以上。

主权项

一种基于随机单光子发射机制的X射线脉冲星信号模拟源，其特征在于，包括：X射线脉冲星轮廓数据生成器、X射线脉冲星脉冲轮廓调制器、时间频率综合器、X射线信号发生器、准直器和减光滤光器；其中，X射线脉冲星轮廓数据生成器、X射线脉冲星脉冲轮廓调制器、时间频率综合器、X射线信号发生器、准直器和减光滤光器依次串联，时间频率综合器与X射线脉冲星脉冲轮廓调制器相连；其中，X射线脉冲星轮廓数据生成器根据X射线脉冲星数据库数据，结合大尺度空间效应及在轨动态效应生成表示X射线光子到达时间的数据序列；其中，在所述X射线脉冲星轮廓数据生成器中，采用反函数法生成X射线光子到达时间序列：X射线光子随机到达时间数据t_n+1为t_n+1＝Λ^‑1(Λ(t_n)‑ln(1‑U))其中，U为[0,1]区间上的均匀分布的随机数，E＝‑ln(1‑U)为满足期望值为1的指数分布的随机数；Λ(·)为泊松过程的积分到达率函数：$\Lambda \left(x\right)={\int }_0^x\lambda \left(t\right)dt$$\lambda \left(t\right)={\lambda }_{s}h({\phi }_0+(t-t_0\left)\right(1+\frac{v}{c}\left)f\right)+{\lambda }_b\left(t\right)$其中，λ_s为已知的脉冲星的X射线光子到达率，λ_b(t)为已知的背景的X射线光子到达率，h(·)为已知的脉冲星脉冲轮廓的归一化函数，f为已知的X射线脉冲星的自转频率，为脉冲相位函数，为由于航天器运动而造成的多普勒频移，φ₀为初始脉冲相位，t₀为初始时刻，t为时间，v为航天器速度，c为光速；X射线脉冲星脉冲轮廓调制器接收X射线光子到达时间的数据序列，生成对应的表征达到时间的电压脉冲信号，用于调制与驱动X射线信号发生器；时间频率综合器为X射线脉冲星脉冲轮廓调制器提供稳定的时间频率；X射线信号发生器接收与X射线脉冲星轮廓一致的电压脉冲信号，生成相应的X射线脉冲信号；准直器对X射线脉冲信号的发散角进行调控，使其以准平行光束输出；减光滤光器对准直器输出的平行X射线辐射流强进行调节控制。