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第1章 概述 1

1.1 关于X射线 1

1.1.1 X射线的发现 1

1.1.2 X射线的应用 3

1.2 无线通信发展历史 7

1.2.1 电磁波的发现 7

1.2.2 无线电报发明 7

1.2.3 无线电通信发明 7

1.2.4 激光通信的出现 8

1.2.5 量子通信的实现 10

1.2.6 X射线通信的提出 12

1.3 X射线通信意义 12

1.3.1 X射线通信的潜在应用 14

1.3.2 X射线通信的发展 16

1.4 X射线通信关键技术 18

1.5 本章小结 19

第2章 无线数字通信系统 20

2.1 模拟信号与数字信号 20

2.1.1 概述 20

2.1.2 模拟通信与数字通信系统 22

2.2 数字通信系统 24

2.2.1 数字通信发展的回顾 24

2.2.2 无线数字通信系统的组成 26

2.2.3 主要性能指标 28

2.3 空间X射线通信系统 29

2.3.1 X射线通信系统 30

2.3.2 X射线发射源 32

2.3.3 X射线聚焦光学 35

2.3.4 X射线探测器 37

2.3.5 深空信道特征 38

2.3.6 编码调制 41

2.4 本章小结 44

第3章 编码调制 45

3.1 信源编码 45

3.1.1 信源的数学模型 45

3.1.2 离散随机信息的对数量度 47

3.1.3 平均互信息和熵 48

3.1.4 连续随机变量信息的度量 48

3.1.5 离散无记忆信源编码 49

3.2 差错控制编码 52

3.2.1 差错控制编码分类 52

3.2.2 线性分组码 54

3.2.3 卷积码 59

3.2.4 Turbo码 64

3.3 数字调制 69

3.3.1 OOK调制 69

3.3.2 PPM调制 70

3.3.3 L-PPM性能分析 72

3.3.4 PPM解调 79

3.4 同步策略 82

3.4.1 PPM位同步 83

3.4.2 PPM帧同步 83

3.5 本章小结 84

第4章 X射线通信发射系统 85

4.1 X射线产生 85

4.1.1 X射线管 85

4.1.2 激光等离子体光源 88

4.1.3 同步辐射光源 88

4.1.4 X射线自由电子激光 90

4.2 X射线与物质相互作用 90

4.2.1 X射线的散射和衍射 91

4.2.2 光电效应 93

4.2.3 X射线的吸收 94

4.3 X射线调制方法 96

4.3.1 电光调制 96

4.3.2 斩波器机械调制 97

4.3.3 光阴极调制X射线管 99

4.3.4 飞秒激光调制X射线源 100

4.3.5 普通热阴极调制X射线管 100

4.4 栅控X射线调制源 101

4.4.1 栅控X射线管基本原理 101

4.4.2 栅控X射线管设计 102

4.4.3 栅控X射线管研制 111

4.4.4 栅控X射线管测试 115

4.5 碳纳米管冷阴极 122

4.5.1 碳纳米管冷阴极与栅控X射线源 122

4.5.2 碳纳米管冷阴极的研制 122

4.6 X射线脉冲星模拟光源 126

4.6.1 研究意义 126

4.6.2 技术方案 127

4.6.3 总体性能指标 132

4.7 本章小结 132

第5章 X射线聚焦光学 133

5.1 X射线聚焦原理 133

5.1.1 基于反射式的X射线聚焦光学 133

5.1.2 基于衍射式的X射线聚焦光学 137

5.1.3 基于折射式的X射线聚焦元件 138

5.2 X射线聚焦光学的空间应用 139

5.2.1 Chandra望远镜 139

5.2.2 XMM-Newton望远镜 140

5.2.3 Suzaku（朱雀）计划 141

5.2.4 Astro-H 141

5.2.5 NICER计划 142

5.3 多层嵌套式X射线聚焦光学的设计 143

5.3.1 X射线聚焦光学设计的理论基础 143

5.3.2 多层嵌套式X射线聚焦光学设计原则 146

5.4 X射线聚焦光学的研制 149

5.4.1 反射镜基底选材及加工 149

5.4.2 反射镜片的加工 150

5.4.3 反射镜片的镀膜 153

5.4.4 整体支架结构的精密加工与装配 159

5.5 X射线聚焦光学的性能测试 160

5.5.1 真空中测量X射线准直性能 160

5.5.2 焦距与焦斑的测量 161

5.5.3 聚焦效率测量 162

5.5.4 聚焦光学在X射线通信上的应用 163

5.6 本章小结 166

第6章 X射线探测器 167

6.1 X射线探测器性能 167

6.1.1 X射线探测器基本特性参数 167

6.1.2 X射线探测器分类 169

6.1.3 准直型探测器和聚焦型探测器 170

6.2 常用X射线探测器介绍 170

6.2.1 气体正比计数器 170

6.2.2 闪烁体探测器 171

6.2.3 量热计探测器 173

6.2.4 微通道板探测器 173

6.2.5 半导体探测器 173

6.2.6 CCD探测器 175

6.2.7 SCD探测器 175

6.3 基于微通道板的探测系统 176

6.3.1 MCP探测系统构成 176

6.3.2 输入窗 179

6.3.3 光电阴极 179

6.3.4 微通道板 185

6.3.5 收集阳极 186

6.3.6 电子读出系统 190

6.4 基于硅漂移探测器的探测系统 197

6.4.1 工作原理及几何结构 199

6.4.2 SDD噪声来源分析 199

6.4.3 SDD探测电子学总体方案 200

6.4.4 制冷设计 201

6.4.5 高压控制 204

6.4.6 信号预处理 205

6.4.7 模数转换模块设计 209

6.4.8 基于FPGA的采集电路 210

6.5 本章小结 220

第7章 空间X射线通信研究进展 221

7.1 功率传播 221

7.1.1 噪声功率分析 221

7.1.2 信号功率的传播：自由空间损耗 223

7.1.3 聚焦／准直光学效率 225

7.2 参数指标 228

7.2.1 通信距离与通信速率 228

7.2.2 OOK下误码概率分析 229

7.3 实验分析 232

7.3.1 X射线发射源的测试 233

7.3.2 聚焦光学增益的测定 234

7.3.3 MCP探测器的测试 235

7.3.4 语音通信实验 236

7.3.5 随机码信源实验 236

7.3.6 电子学补偿 240

7.4 X射线穿透电磁屏蔽通信 246

7.4.1 研究目的 246

7.4.2 研究目标 246

7.4.3 技术指标 246

7.4.4 方案论证 247

7.5 本章小结 252

参考文献 253