[發明專利]一種基于多時標粒子推動獲得衛星表面電位的方法

在審

• 申請號: 201410452260.2
• 申請日: 2014-09-05
• 公開（公告）號: CN104239623A
• 公開（公告）日: 2014-12-24
• 發明（設計）人: 楊生勝;李得天;秦曉剛;湯道坦;柳青;趙呈選;陳益峰;史亮
• 申請（專利權）人: 蘭州空間技術物理研究所
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 北京理工大學專利中心 11120
• 代理人: 付雷杰;仇蕾安

1.一種基于多時標粒子推動獲得衛星表面電位的方法，其特征在于，包括下列步驟：

步驟1、確定衛星所在位置的空間環境參數，并根據空間環境參數確定等離子體的德拜長度；

步驟2、然后根據所述的德拜長度確定衛星周圍的模擬空間的大小；模擬空間的半徑至少等于所述德拜長度；

步驟3、在模擬空間范圍內，劃分出N重相互重疊且逐漸減小的空間區域，N重空間區域均以衛星為中心，然后對每重空間區域進行網格劃分，且第一至第N重空間區域的網格尺寸逐漸減小；

步驟4、在模擬空間通過PIC方法獲得各重空間區域的網格節點參量，包括：節點電荷量、電勢和電場以及各帶電粒子的位置和運動速度，然后根據第N重空間區域的網格節點參量獲得衛星表面電位，所述帶電粒子包括電子和離子，具體為：

S42、令電子推動次數k＝0；

S43、對于第一重空間區域，根據當前帶電粒子的分布，獲得每個網格節點的電荷量和電勢，并結合該重空間區域的邊界條件獲得每個網格節點的電場；利用網格節點電場，獲得下一電子時間步長初始時刻電子的位置和速度，將離子看作保持靜止不動，則獲得下一電子時間步長初始時刻帶電粒子的分布；其中，電子時間步長Δt＝本步驟對應的網格尺寸/電子平均運動速度；

S44、對于第二至第N重網格，根據已經獲得的上一重空間區域內下一電子時間步長初始時刻帶電粒子的分布，獲得每個網格節點的電荷量和電勢，并結合該網格區域的邊界條件獲得每個網格節點的電場；利用網格節點電場獲得下一電子時間步長初始時刻電子的分布，將離子看作保持靜止不動，則獲得下一電子時間步長初始時刻帶電粒子的分布；

其中，所述該重空間區域的邊界條件根據上一重空間區域中的節點電勢確定；

得到第N重空間區域的網格節點參量后，計算衛星表面電位；然后判斷平衡條件是否滿足：如果滿足，輸出衛星表面電位；如果不滿足，k累計一次，并判斷k值是否等于n，mi表示離子質量，me表示電子質量；如果不等于，執行S42至S44；如果等于，執行步驟S45；

所述平衡條件為：本輪計算得到的網格節點的電荷量與上一輪得到的網格節點電荷量的差值是否小于設定閾值，如果小于，則滿足平衡條件，如果大于或者等于，則不滿足平衡條件；

S45、對于第一重空間區域，根據S44中獲得的網格節點電場，獲得下一離子時間步長初始時刻離子的位置和速度，同時，根據S44中已經獲得的電子的分布，獲得下一離子時間步長初始時刻帶電粒子的分布；其中，離子時間步長＝nΔt；

S46、對于第二至第N重空間區域，根據已經獲得的上一重空間區域內下一離子時間步長初始時刻帶電粒子的分布，獲得每個網格節點的電荷量和電勢，并結合該重空間區域的邊界條件獲得每個網格節點的電場；利用網格節點電場獲得下一離子時間步長初始時刻帶電粒子的分布；

S47、得到第N重空間區域的網格節點參量后，計算衛星表面電位；然后判斷平衡條件是否滿足：如果滿足，輸出衛星表面電位；如果不滿足，執行S42至S47。

2.根據權利要求1所述的一種基于多時標粒子推動獲得衛星表面電位的方法，其特征在于，所述第一重空間區域的網格尺寸小于0.7倍德拜長度。

3.根據權利要求1所述的一種基于多時標粒子推動獲得衛星表面電位的方法，其特征在于，第N重空間區域的網格尺寸小于衛星尺寸的1/10。

4.根據權利要求1所述的一種基于多時標粒子推動獲得衛星表面電位的方法，其特征在于，當前空間區域的網格尺寸為下一重空間區域的網格尺寸的10倍。

5.根據權利要求1所述的一種基于多時標粒子推動獲得衛星表面電位的方法，其特征在于，所述設定閾值取為：10-7C～10-6C。

6.根據權利要求1所述的一種基于多時標粒子推動獲得衛星表面電位的方法，其特征在于，所述模擬空間的半徑為所述德拜長度的1-2倍。