应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统技术方案

技术编号:22363417 阅读:51 留言:0更新日期:2019-10-23 04:28
本发明专利技术涉及一种应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统,该系统包括控制装置根据不同粒子的能量等级进行数据组帧的填充,并根据载荷控制器发送的读取数据指令进行科学数据的传送,其中,数据组帧格式为:1)包头标识段;2)包信息段;3)能谱数据段;4)重离子原始数据段;5)工程参数段;6)触发计数段;7)分频比参数段;8)CRC校验码字段。本发明专利技术的数据读出系统可以携带足够的信息量,又能最大限度减少数据的传输量,从而有效解决公用传输带宽资源紧张的问题。

Data readout system for deep space energy particle detector

【技术实现步骤摘要】
应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统
本专利技术涉及一种应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统,涉及空间带电粒子探测

技术介绍
进入21世纪,人类的深空探测迎来了一个新纪元。类地行星探测一直是人类走出地月系统开展深空探测的首选目标。我国也于2016年立项,将通过首次发射任务实现类地行星环绕、着陆和巡视,对该深空类地行星进行全球性、综合性的环绕探测。作为环绕器有效载荷之一的能量粒子探测器,将开展地球和类地行星之间转移轨道以及类地行星近地空间环境特征的探测研究,但是由于深空探测器和地球通信距离过于遥远,通信延时大。环绕器有效载荷数量较多,公用传输带宽资源紧张;这就需要能量粒子探测器具备一种高效的数据读出结构,使得既可以携带足够的信息量,又能最大限度减少数据的传输量,从而有效解决公用传输带宽资源紧张的问题。
技术实现思路
针对上述问题,本专利技术的目的是提供一种能够携带足够信息量又能够减少数据传输量的应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统。为实现上述目的,本专利技术采取以下技术方案:一种应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统,该系统包括:控制装置根据不同粒子的能量等级进行数据组帧的填充,并根据载荷控制器发送的读取数据指令进行科学数据的传送,其中,数据组帧格式为:1)包头标识段;2)包信息段;3)能谱数据段;4)重离子原始数据段;5)工程参数段;6)触发计数段;7)分频比参数段;8)CRC校验码字段。进一步地,重离子原始数据段为固定长度,用于存放重离子事件的原始科学数据,按照重离子事件数量,分为2种情况:1)当重离子事件较少,甚至为零,不足以填满该数据段时,重离子原始数据段的剩余的空间全部填充其他粒子事件的原始科学数据;2)当重离子事件较多,该数据段长度不够时,则采用压缩算法,对一个长达22字节的重离子原始数据只提取6字节数据,在定长的数据段中将事件存储量从23个增加至84个,大大提高了粒子信息的传输量。进一步地,能谱数据段平均划分为电子能谱段、质子能谱段和α粒子能谱段,每段能谱段划分为18个子段,用于标识同一个粒子不同的能量等级,每个子段为2字节,形成一个16位计数器,用于存放预设固定周期内,对应能量等级的粒子事件数。进一步地,工程参数段包括关键点温度和控制装置运行参数。进一步地,触发计数段包括总触发计数、重离子触发计数、其他粒子触发计数和穿透粒子触发计数进一步地,包信息段包括包类型、包内包含有包计数、时间戳信息进一步地,该系统还包括:控制装置发送触发信号到模拟ASIC芯片,模拟ASIC芯片采集各能量探测器的数据,并将其发送到ADC数字化电路模块;ADC数字化电路模块将采集的各探测器信号进行模数转化后发送到控制装置,得到原始科学数据;控制装置对原始科学数据依次进行本底噪声扣除和温度补偿;控制装置基于ΔE-E原理采用数字化方法,对处理过的科学数据进行粒子鉴别,得到范围在0.1~300MeV范围内重离子、电子、质子和α粒子的鉴别结果,并获取对应粒子的能量等级。本专利技术由于采取以上技术方案,其具有以下优点:1、本专利技术的数据组帧格式具备包计数、包类型、时间戳以及CRC校验码等,便于地面应用系统验证数据包的连续性和正确性;2、本专利技术在能谱数据段直接存储探测器在轨分析结果,分析结果包含粒子类型以及粒子能量范围,粒子类型包含深空中的主要粒子种类,能量范围按照对数坐标进行划分,可以覆盖全量程;通过离线数据解析数据包,可以直接得到粒子类型以及对应粒子的能谱,从而大大减少数据分析工作量,同时还最大限度减少数据的传输量,从而有效解决公用传输带宽资源紧张的问题;3、本专利技术根据深空中重离子事件数,灵活安排重离子事件的数据结构(原始结构或压缩结构):在事件数较少时,可以携带全部重离子事件的原始数据,剩余空间用其他粒子事件进行填充,作为地面的验证数据;当重离子事件较多时,以压缩结构存储尽可能多的重离子事件,提高数据段的利用率;4、本专利技术通过总触发计数和分频比,可以推出在本采样周期内(4s),总共有多少个触发计数,该计数和分频比相除,就可以知道实际的总触发计数,从而可以知道当前空间环境是否处于太阳粒子爆发状态还是普通状态;其次,也可以辅助验证粒子鉴别结果是否正确,如果鉴别计数高于总触发计数,则说明鉴别有误;综上,本专利技术的数据读出系统可以携带足够的信息量,又能最大限度减少数据的传输量,从而有效解决公用传输带宽资源紧张的问题。附图说明图1为本专利技术能量粒子探测器硬件系统示意图;图2为本专利技术控制装置原理示意图;图3为本专利技术数据组帧格式的基本结构;图4为本专利技术能量数据段结构;图5为本专利技术重离子原始数据段结构(重离子事件较少);图6为本专利技术重离子原始数据段结构(重离子事件较多);图7为本专利技术FIFO_0内部结构以及相关的控制子模块。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本专利技术实施例中的附图,对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本专利技术保护的范围。如图1所示,本专利技术提供的应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统,包括以下内容:1、控制装置发送触发信号到模拟ASIC芯片,模拟ASIC芯片采集各能量探测器的数据,并将其发送到ADC数字化电路模块,ADC数字化电路模块将采集的各探测器信号进行模数转化后发送到控制装置,得到原始科学数据;2、控制装置对原始科学数据依次进行本底噪声扣除和温度补偿;3、控制装置基于ΔE-E原理采用数字化方法,对经过步骤2处理过的科学数据进行粒子鉴别,得到范围在0.1~300MeV范围内重离子、电子、质子和α粒子的鉴别结果,并获取对应粒子的能量等级;4、控制装置根据不同粒子的能量等级进行数据组帧的填充,并根据载荷控制器发送的读取数据指令完成科学数据的发送。在一个优选的实施例中,控制装置可以采用FPGA,包括通信主控制器、触发模块、本底噪声处理模块、温度补偿模块、粒子鉴别及能级判选模块、科学数据填充处理模块和科学数据打包传送模块;通信主控制器用于控制各模块的工作状态;触发模块用于对在通信主控制器控制下对模拟ASIC芯片和ADC数字化电路进行有效触发,开始一次事件的处理过程;本底噪声处理模块用于根据设置各通道的本底噪声数据,对所有通道的信号和对应通道的本底噪声进行相减,有信号的通道则剩下纯信号,没有信号的通道和本底噪声相减,近似为0,得到有用信号,去除噪声信号;温度补偿模块根据设置的不同温度下对应的补偿值,对获取的模拟ASIC芯片及FPGA温度数据进行对应温度的补偿,如果当前温度低于标准温度,则差值加进原数值,如果高于标准温度,则从原数值中减去该差值;粒子鉴别及能级判选模块用于对处理过的科学数据进行粒子鉴别,得到范围在0.1~300MeV范围内重离子、电子、质子和α粒子的鉴别结果,并获取对应粒子的能量等级,其中,能量等级根据设计指标要求的能量上限到下限的范围,采用对数坐标,将每种粒子的能级划分为18个能道范围,另外,粒子鉴别方法可以采用现有的各种方法,在此不再赘述。科学数据填充处理模块用于对不同类型的粒子进行存储,具体地,载荷控制器本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统,其特征在于,该系统包括:控制装置根据不同粒子的能量等级进行数据组帧的填充,并根据载荷控制器发送的读取数据指令进行科学数据的传送,其中,数据组帧格式为:1)包头标识段;2)包信息段;3)能谱数据段;4)重离子原始数据段;5)工程参数段;6)触发计数段;7)分频比参数段;8)CRC校验码字段。

【技术特征摘要】
1.一种应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统,其特征在于,该系统包括:控制装置根据不同粒子的能量等级进行数据组帧的填充,并根据载荷控制器发送的读取数据指令进行科学数据的传送,其中,数据组帧格式为:1)包头标识段;2)包信息段;3)能谱数据段;4)重离子原始数据段;5)工程参数段;6)触发计数段;7)分频比参数段;8)CRC校验码字段。2.根据权利要求1所述的应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统,其特征在于,重离子原始数据段为固定长度,用于存放重离子事件的原始科学数据,按照重离子事件数量,分为2种情况:1)当重离子事件较少,甚至为零,不足以填满该数据段时,重离子原始数据段的剩余的空间全部填充其他粒子事件的原始科学数据;2)当重离子事件较多,该数据段长度不够时,则采用压缩算法,对一个长达22字节的重离子原始数据只提取6字节数据,在定长的数据段中将事件存储量从23个增加至84个,大大提高了粒子信息的传输量。3.根据权利要求1所述的应用于深空能量粒子探测器的数据读出系统,其特征在于,能谱数据段平均划分为电子能谱段、质子能谱段和α粒子能谱段,每段能谱段划分为18个子段,用于标识同一个粒子不同的能量等级,每个子段为2字节,...

【专利技术属性】
技术研发人员:千奕赵红赟余玉洪孔洁杨海波孙志朋苏弘孙志宇唐述文张永杰方芳
申请(专利权)人:中国科学院近代物理研究所
类型:发明
国别省市:甘肃,62

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