核爆探测系统研究
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摘要
核爆闪光探测是探测大气层核爆最重要物理特征的主要手段。地球
卫星由于监视范围大，全天候，因而成为最重要，最理想的核爆炸探测平
台。基于此，本文提出了星载核爆光辐射探测的系统方案。本方案对核爆
信号的特征进行描述，并且对其能量进行定量计算。针对天基核爆探测系
统的要求以及国内外核爆探测的经验，将整个部分分为识别系统和定位系
统。本人在硕士研究生期间主要从事核爆识别系统的方案论证工作。此系
统以高性能光电二极管PDD作为探测元件，将光能量信号转变为电信号，
此信号放大，压缩后经A/D转换器变为数字信号，由DSP对其进行识别处理。
此系统的关键技术包括：核爆光辐射效应及卫星环境下核爆、背景特性分
析；高精度光学系统研制及探测器选择；强光背景下核爆信号检测和提取
技术；核爆信号识别技术及快速信号处理技术；星上轻型辐射定标技术研
究；系统小型化、可靠性及空间适应技术；与X射线、NEMP等的融合
处理技术。本文针对系统的关键技术进行了论述，对器件的选择，算法的
论证都有理论上和实践的结果。
The optical detection of nuclear bursts is the main way to detect
the most important physical character of nuclear bursts in
aerosphere. The orbiter is the most significant and perfect platform
due to its wider detect range and round梩he梒lock state. Based on
this, it is put forward that the optical detection system is loaded
by satellite. Aimmed at the character of the system (a mass of disturb
signal, high background signal, low target signal), double system are
displayed: the system of the detection of nuclear bursts and the
system of the orientation of nuclear bursts. The paper is focus on the
detection of nuclear bursts. After calculating the power of the 1?
l000kt nuclear bursts,we present the character curve of nuclear
bursts. It is the foundation that we choose the fit parameter of parts
of an apparatus. The system is consist of high梡owered photodideos
PDD, it converts the optical signal into current;front processing
circuit, the logarithmic operation amplifier compresses wider dynamic
range signal into appropriate range: digital signal processing, after
AID convertion,DSP identifies the signal of nuclear bursts from
received information. The key technologies of the system include:ray
radiation offect of nuclear bursts and analysis of the character of
nuclear bursts and background signal in the condition of the
orbit;developping better precision optical system and choosing
detector:detecting nuclear bursts signal in high background signal
and the technology extraction:the technology of recongnise of nuclear
bursts signal and high梥peed processing ;the technology light梔uty
radiation measure on orbit:miniaturization,reliability and
2
Abstract
adaptability in space;inosculation processing with X radial and
NEMP. Based on the key technology, we describe it in details. We provide
results in theory and experiment concerning the choice of the parts
of apparatus and arithmetic.
卫星由于监视范围大，全天候，因而成为最重要，最理想的核爆炸探测平
台。基于此，本文提出了星载核爆光辐射探测的系统方案。本方案对核爆
信号的特征进行描述，并且对其能量进行定量计算。针对天基核爆探测系
统的要求以及国内外核爆探测的经验，将整个部分分为识别系统和定位系
统。本人在硕士研究生期间主要从事核爆识别系统的方案论证工作。此系
统以高性能光电二极管PDD作为探测元件，将光能量信号转变为电信号，
此信号放大，压缩后经A/D转换器变为数字信号，由DSP对其进行识别处理。
此系统的关键技术包括：核爆光辐射效应及卫星环境下核爆、背景特性分
析；高精度光学系统研制及探测器选择；强光背景下核爆信号检测和提取
技术；核爆信号识别技术及快速信号处理技术；星上轻型辐射定标技术研
究；系统小型化、可靠性及空间适应技术；与X射线、NEMP等的融合
处理技术。本文针对系统的关键技术进行了论述，对器件的选择，算法的
论证都有理论上和实践的结果。
The optical detection of nuclear bursts is the main way to detect
the most important physical character of nuclear bursts in
aerosphere. The orbiter is the most significant and perfect platform
due to its wider detect range and round梩he梒lock state. Based on
this, it is put forward that the optical detection system is loaded
by satellite. Aimmed at the character of the system (a mass of disturb
signal, high background signal, low target signal), double system are
displayed: the system of the detection of nuclear bursts and the
system of the orientation of nuclear bursts. The paper is focus on the
detection of nuclear bursts. After calculating the power of the 1?
l000kt nuclear bursts,we present the character curve of nuclear
bursts. It is the foundation that we choose the fit parameter of parts
of an apparatus. The system is consist of high梡owered photodideos
PDD, it converts the optical signal into current;front processing
circuit, the logarithmic operation amplifier compresses wider dynamic
range signal into appropriate range: digital signal processing, after
AID convertion,DSP identifies the signal of nuclear bursts from
received information. The key technologies of the system include:ray
radiation offect of nuclear bursts and analysis of the character of
nuclear bursts and background signal in the condition of the
orbit;developping better precision optical system and choosing
detector:detecting nuclear bursts signal in high background signal
and the technology extraction:the technology of recongnise of nuclear
bursts signal and high梥peed processing ;the technology light梔uty
radiation measure on orbit:miniaturization,reliability and
2
Abstract
adaptability in space;inosculation processing with X radial and
NEMP. Based on the key technology, we describe it in details. We provide
results in theory and experiment concerning the choice of the parts
of apparatus and arithmetic.
引文
[1] 《核爆炸物理学概论》乔登江编著，原子能出版社，1982
[2] 《核爆源项参数的分析和获取》，防化院二所研究报告，1998． 12
[3] 《中国防化科技报告：核爆监测系统的信号识别判据》，防化院二 所，1989． 11
[4] 《目标和环境的化学特性》姚连兴等，宇航出版社，1995． 8．
[5] 《核爆与闪电在卫星轨道上光辐射的数值模拟研究》中科院大气所，防 化院二所，1998． 11
[6] 王宗仁“核仪器电子技术”原子能出版社 1977年8月
[7] Christian，H．J．，“Lighting Imaging Sensor(LIS)for the Earth Observing Sestem”NASA Technical Memorandum 4350，MSFC(Marshall Space F1ight Center)，Huntsvi11e，AL．Feb．1992
[8] H．J．Christian，“The Optical Transient Detector(OTD)”Proceedings Of the 10 International Conference on Atmospheric Electricity： Osaka，Japan June 10-14，1996：PP．368～371
[9] H．J．Christian，“The Detection of Lighting from Geostationary Orbit”J．Geophysical Research Vol．94 No．Dll PP．13329～13337 1989
[lO]张仲山等“卫星探测核爆光信号识别研究”，防化院二所，1998年12 月8日
[11] B．N．Turman，“Detection of Lightning Superbolts”J．Geophysical Research Vol．82 No．18 PP．2566～2568 1977
[12] 海玉林等，“核爆探测系统的信号识别判据”中国防化科技报告， 中国人民解放军防化研究院第二所1989年11月
[13] 甘仁海等，“核爆炸光辐射波形与核爆炸方式的关系”全国首届核
爆探测学术会议资料选集，PP．66～75，1986年8月
[14] 甘仁海，张宏濂，“对美军核探测系统NBDS的有关参数和判据的分析 与研究”全国首届核爆探测学术会议资料文集，PP．81～91，1986年8 月
[15] 毛用泽，“卫星(天基)核爆探测技术进展”
[16] “Observations of Terrestrial Lighting at Wavelength by the Photodiode Detector on the FORT Satellite”LA-UR-98-4098 Downloaded from related Website
[17] 徐百顺，“核爆炸当量与最小亮度时间关系的回归分析”,全国首届核 爆探测学术会议资料选集，PP．267～271，1986年8月
[18] 房厚基，“机载核爆炸当量监测仪”全国首届核爆探测学术会议资料 选集，PP．332～339，1986年8月
[19] “一种测量海洋辐照度的自动量程切换的电流／电压变换电路”，电子 技术应用1999年第10期
[20] U．Durig etc．“Logarthmic current-to-voltage converter for local probemicroscopy”Rev．Sci．Instrum．68(10) 1997，PP．3814～3816
[21] 《光电检测技术》罗先和，张广军，骆飞，宋育东编著，北京航空航天大 学出版社，1995年6月
[22] TMS320第三代数字信号处理器用户指南
[23] 《精通MATLAB-综合辅导与指南》李人厚，张平安等校译，西安交通大 学出版社，1998年
[24] 《实用小波分析》秦前清，杨宗凯编著，西安电子科技大学出版社， 1998年
[25] 《基于MATLAB的系统分析与设计-小波分析》胡昌华，张军波，夏军， 张伟编著，
[26] 《数字信号处理》[美]A．V．奥本海姆R．W．谢弗著 董士嘉 杨耀增译， 科学出版社，1982年
[27] J．P．Glore，W．P．Alello“Vela Satellite SyStem Detector Electronics”Proceeding Of The
IEEE，VOL．53，NO．12，1965：PP．1949～1959
[2] 《核爆源项参数的分析和获取》，防化院二所研究报告，1998． 12
[3] 《中国防化科技报告：核爆监测系统的信号识别判据》，防化院二 所，1989． 11
[4] 《目标和环境的化学特性》姚连兴等，宇航出版社，1995． 8．
[5] 《核爆与闪电在卫星轨道上光辐射的数值模拟研究》中科院大气所，防 化院二所，1998． 11
[6] 王宗仁“核仪器电子技术”原子能出版社 1977年8月
[7] Christian，H．J．，“Lighting Imaging Sensor(LIS)for the Earth Observing Sestem”NASA Technical Memorandum 4350，MSFC(Marshall Space F1ight Center)，Huntsvi11e，AL．Feb．1992
[8] H．J．Christian，“The Optical Transient Detector(OTD)”Proceedings Of the 10 International Conference on Atmospheric Electricity： Osaka，Japan June 10-14，1996：PP．368～371
[9] H．J．Christian，“The Detection of Lighting from Geostationary Orbit”J．Geophysical Research Vol．94 No．Dll PP．13329～13337 1989
[lO]张仲山等“卫星探测核爆光信号识别研究”，防化院二所，1998年12 月8日
[11] B．N．Turman，“Detection of Lightning Superbolts”J．Geophysical Research Vol．82 No．18 PP．2566～2568 1977
[12] 海玉林等，“核爆探测系统的信号识别判据”中国防化科技报告， 中国人民解放军防化研究院第二所1989年11月
[13] 甘仁海等，“核爆炸光辐射波形与核爆炸方式的关系”全国首届核
爆探测学术会议资料选集，PP．66～75，1986年8月
[14] 甘仁海，张宏濂，“对美军核探测系统NBDS的有关参数和判据的分析 与研究”全国首届核爆探测学术会议资料文集，PP．81～91，1986年8 月
[15] 毛用泽，“卫星(天基)核爆探测技术进展”
[16] “Observations of Terrestrial Lighting at Wavelength by the Photodiode Detector on the FORT Satellite”LA-UR-98-4098 Downloaded from related Website
[17] 徐百顺，“核爆炸当量与最小亮度时间关系的回归分析”,全国首届核 爆探测学术会议资料选集，PP．267～271，1986年8月
[18] 房厚基，“机载核爆炸当量监测仪”全国首届核爆探测学术会议资料 选集，PP．332～339，1986年8月
[19] “一种测量海洋辐照度的自动量程切换的电流／电压变换电路”，电子 技术应用1999年第10期
[20] U．Durig etc．“Logarthmic current-to-voltage converter for local probemicroscopy”Rev．Sci．Instrum．68(10) 1997，PP．3814～3816
[21] 《光电检测技术》罗先和，张广军，骆飞，宋育东编著，北京航空航天大 学出版社，1995年6月
[22] TMS320第三代数字信号处理器用户指南
[23] 《精通MATLAB-综合辅导与指南》李人厚，张平安等校译，西安交通大 学出版社，1998年
[24] 《实用小波分析》秦前清，杨宗凯编著，西安电子科技大学出版社， 1998年
[25] 《基于MATLAB的系统分析与设计-小波分析》胡昌华，张军波，夏军， 张伟编著，
[26] 《数字信号处理》[美]A．V．奥本海姆R．W．谢弗著 董士嘉 杨耀增译， 科学出版社，1982年
[27] J．P．Glore，W．P．Alello“Vela Satellite SyStem Detector Electronics”Proceeding Of The
IEEE，VOL．53，NO．12，1965：PP．1949～1959