博士论文-HAPI-4硬X射线望远镜及硬X射线天文
文献类型：学位论文
| 作者 | 吴伯冰
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| 学位类别 | 博士 |
| 答辩日期 | 1998 |
| 授予单位 | 中国科学院研究生院 |
| 授予地点 | 北京 |
| 导师 | 何泽慧 ; 吴枚 |
| 关键词 | 球载望远镜 硬X辐射 扫描调制观测 直接解调方法 天文卫星 成像观测 能量分辨率 探测灵敏度 逃逸门技术 数据获取 姿态控制遥控遥测 旋转调制器 γ暴 |
| 学位专业 | 粒子物理 |
| 中文摘要 | 在高能天文中，将对10keV至数百keV光子的观测称为硬X射线天文观测。由于硬X射线的非热发射特征和相对高统计性，硬X射线能区是研究天体高能过程，解决天体物理中若干基本问题的关键波段。但是，硬X射线探测有其特有的困难。该能区光子既不能象软X光子那样用掠射方法聚焦，从而使用小面积探测器实现高信噪比观测，也不能象γ光子那样采用康普顿效应或电子对效应探测入射光子方向，从而甄别本底光子。在硬X射线能区，为了提高探测灵敏度，必须采用大面积探测器，这双面临着结构庞大、本底屏蔽困难。因此，相对软X射线波段和高能γ射线波段，至今对硬X射线中间能区的探索还很少。本论文描述的就是我们为硬X射线探测所做的努力：大型混合型硬X射线调制望远镜HAPI-4的研制。本论文就是对HAPI-4 系统研制的全面、系统的总结。论文首先对硬X射线天文学进行综述。简要介绍了硬X射线观测的重要意义，硬X射线的辐射机制，硬X射线天体物理的前沿课题；在概述硬X射线天文观测方法之后，简要介绍了天文卫星提案《高能X射线调制望远镜》。综合考虑探测能区和能量分辨率，以及主动排斥本底技术，HAPI-4 采用混合型探测器设计，即上层使用能量分辨率较好的多丝正比室，用于对能区低端（10-10keV）射线的探测；下层使用探测效率较高的复合晶体，用于对能区高端（20-400keV）射线的探测。上、下探测器互为主动屏蔽，以排除康普顿事例，并采用逃逸门技术，以进一步提高探测器的能量分辨率。探测器的有效面积均为1600cm~2，板栅型准直器的视场为3° * 3°（FWHM）。基于本实验室建立和发展的直接解调重建对象方法，HAPI-4一方面可以采用定向跟踪模式实现对感兴趣源进行高质量的能谱和时变测量；另一方面也可采用扫描模式实现对感兴趣天区成像。在对望远镜的总体介绍之后，论文对望远镜的各分系统的研制分别进行了详细介绍。这些分系统包括：探测器、探测器电子学、数据获取、姿态控制、遥控遥测等。探测器、准直器及其屏蔽设计是望远镜设计的关键。论文介绍了为降低本底水平、提高能量分辨率，从而提高HAPI-4系统探测灵敏度所做的工作。基于逃逸门技术和主动式屏蔽，研制了HAPI-4探测器电子学系统。文中特别介绍了高性能跨导型峰值保持器电路和用于复合晶体信号区分的新型脉冲波形甄别器的研制。HAPI-4数据获取系统采用微要分布式结构，以STD 总线为基础，由STD微机对全部数据进行控制管理和编码；由单片微机和双口RAM构成不同的专用智能模块。文中详细介绍了HAPI-4数据的记录格式，以及分别在UNIX和VAX/VMS操作系统上的读出和转换过程。我们首次将计算机姿态控制系统引入到球载稳定平台控制，大大简化了硬件结构、提高了姿控系统的稳定性和可靠性。结合GPS（全球定位系统）是应用，HAPI-4可实现多种控制模式。文中首先介绍了姿控系统的工作原理，然后动用动力学原理和机电控制理论对吊篮平台控制系统进行建模分析，得到反映其内部运动规律的状态方程。引入现代控制理论中的最优控制和状态估计，得到反映电机控制电压和状态变量之间的最优控制规律。基于计算机通信、编码理论，我们研制了计算机遥控指令系统。这套遥控指令系统指令丰富，易于扩展，能够携带上行数据且具有容错和纠错功能。地面编码部分由微机根据编码理论完成，而球载部分则由单片微机进行解码，纠码，并发出控制指令。对γ暴的高精度定位是目前暴观测研究的热门研究课题之一，而传统的数据解调方法由于受内禀角分辨的限制，为了达到高定位精度，必须建造复杂的望远镜。将直接解调重建对象方法应用于旋转调制准直器望远镜对γ暴高精度定位可以突破望远镜的内禀角分辨，从而简化望远镜的设计。我们提出用简单旋转准直器望远镜对γ暴进行高精度定位的设想，并对这一设想进行了数值模拟计算。模拟计算结果表明：这一设想是可行的。最后讨论了用于GRB监测的RMC望远镜的一些设想。最后，我对HAPI-4望远镜的研制进行了总结，并对HAPI-4 技术和直接解调方法为基础的HXMT项目的前景予以展望。 |
| 学科主题 | 粒子物理 |
| 语种 | 中文 |
| 公开日期 | 2016-02-25 |
| 源URL | [http://ir.ihep.ac.cn/handle/311005/209551]  |
| 专题 | 粒子天体物理中心_学位论文和出站报告 |
| 作者单位 | 中国科学院高能物理研究所 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴伯冰. 博士论文-HAPI-4硬X射线望远镜及硬X射线天文[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 1998. |
入库方式： OAI收割
来源：高能物理研究所
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