Імітатор спрацювань детекторів заряджених частинок та модуль цифрової обробки сигналу малогабаритного спектрометра елементарних частинок

Abstract

Системи реєстраторів-аналізаторів потоків плазми високих енергій, призначені для роботи на низькій навколоземній орбіті, мають чітко сформовані вимоги, але їхня реалізація суттєво залежить від наукових задач та кошторису проєкту. Натомість вимоги до спектрометричних каналів в термінах радіофізики ще треба інтерпретувати в терміни радіотехніки, що вимагає додаткових пошукових зусиль. Також часто доводиться розробляти частини обладнання без взаємодії з іншими підрядниками та за відсутності доступу до контрольного обладнання, чи коштів на його комплексне випробування. Тому ухвалено рішення про розробку варіанта заміщення частини високовартісного обладнання якомога дешевшим імітатором, що допоможе заощадити час та кошти в порцесі тестування та налаштування корисного навантаження. Нагальною проблемою є масштабування кількості імітованих спектрометричних каналів у разі використання одного загальнодоступного мікропроцесора, адже вихідний сигнал має бути аналоговим, а кількість цифро-аналогових перетворювачів, зазвичай, обмежена двома. Імітатор спрацювань детекторів заряджених частинок призначений для тестування розробленого в рамках того ж дослідження модуля ЦОС мініатюрного реєстраторааналізатора, що планується до запуску на орбіту Землі. Він має виконати дискретизацію даних, отриманих детекторною системою, виготовленою з паратерфенілу та фотодіоду великої площі, які підготовлені до дискретизації попередньо розробленим модулем аналогової обробки сигналів. Ключову роль в реалізації модуля ЦОС відіграє алгоритм сортування заряджених частинок та його робота в умовах дискретизації сигналу з шумами. Вихідними даними для відправки на наземний пульт керування мініатюрним реєстратором-аналізатором має бути кількість заряджених частинок у відповідності до діапазону енергії, яку несе в собі заряджена частинка за виділений проміжок часу. Цей проміжок часу прирівняно одному оберту наносупутника навколо Землі. Дослідження проведено з метою вивчення природи мікросплесків субрелятивістських електронів та протонів магнітосферного походження у радіаційних поясах Землі.

Systems of recorders and analyzers of high-energy plasma flows intended for operation in low Earth orbit have clearly defined requirements, but their implementation significantly depends on scientific tasks and the project budget. Instead, the requirements for spectrometric channels in terms of radio physics still need to be interpreted in terms of radio engineering, which requires additional research efforts. It is also often necessary to develop parts of equipment without interaction with other contractors and in the absence of access to control equipment or funds for its comprehensive testing. Therefore, a decision was made to develop an option to replace part of the high-cost equipment with the cheapest possible simulator, which will help save time and money when testing and adjusting the payload. An urgent problem is the scaling of the number of simulated spectrometric channels using one available in stock general purpose microprocessor, because the output signal must be analog, and the number of digital-to-analog converters is usually limited to two. The charged particle detectors simulator is intended for testing the DSP module of the miniature recorder-analyzer which is planned to be launched into Earth orbit and developed within of the same study. It should perform discretization of the data obtained by a detector system consisting of paraterphenyl and a large-area photodiode, prepared for discretization by a previously developed analog signal processing module. The output data to be sent to the ground control panel of the miniature recorder-analyzer are: the number of charged particles in accordance with the range of energy carried by the charged particle during the allocated time period. This period of time was decided to be equal to one rotation of a nanosatellite around the Earth. The study was conducted to study the nature of microbursts of sub-relativistic electrons and protons of magnetosphere origin in the Earth's radiation belts.