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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-H141

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