[發(fā)明專利]基于X射線光學(xué)仿真的掠入射光學(xué)系統(tǒng)聚焦性能分析方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201510243043.7 | 申請日： | 2015-05-13 |
| 公開（公告）號： | CN104865050B | 公開（公告）日： | 2017-05-31 |
| 發(fā)明（設(shè)計）人： | 李連升;梅志武;呂政欣;左富昌;鄧樓樓;莫亞男 | 申請（專利權(quán)）人： | 北京控制工程研究所 |
| 主分類號： | G01M11/02 | 分類號： | G01M11/02;G01C25/00 |
| 代理公司： | 中國航天科技專利中心11009 | 代理人： | 范曉毅 |
| 地址： | 100080 *** | 國省代碼： | 北京;11 |
| 權(quán)利要求書： | 查看更多 | 說明書： | 查看更多 |
| 摘要： | |||
| 搜索關(guān)鍵詞： | 基于 射線 光學(xué) 仿真 入射 光學(xué)系統(tǒng) 聚焦 性能 分析 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明涉及航天器產(chǎn)品設(shè)計技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及基于X射線光學(xué)仿真的掠入射光學(xué)系統(tǒng)聚焦性能分析方法。
背景技術(shù)
隨著軍事需求的驅(qū)動、資源探測和科學(xué)探索的需要，X射線脈沖星導(dǎo)航技術(shù)得到了飛速發(fā)展。X射線脈沖星導(dǎo)航儀作為該領(lǐng)域的核心載荷，其空間分辨率、時間分辨率、導(dǎo)航精度等性能指標(biāo)不斷提高，導(dǎo)航儀性能要求的提升也決定了對整個裝置的光學(xué)系統(tǒng)與支撐結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定度和尺寸提出了更為苛刻的要求。與此同時，隨著小衛(wèi)星技術(shù)的發(fā)展，對X射線脈沖星導(dǎo)航儀的輕量化程度要求卻持續(xù)增長。而X射線脈沖星導(dǎo)航儀的設(shè)計涉及到光、機、熱多個學(xué)科，是一個多學(xué)科相互作用，綜合權(quán)衡的過程。因此，如何對X射線脈沖星導(dǎo)航裝置進行光學(xué)仿真分析與聚焦性能評價是研制高性能儀器的基礎(chǔ)。
掠入射型X射線光學(xué)系統(tǒng)與傳統(tǒng)的光學(xué)系統(tǒng)相比，具有以下不同點：(1)掠入射全反射臨界角隨能量增大非線性減小；(2)特定能量的X射線，反射率隨入射角增大非線性減小；(3)掠入射角一定時，反射率隨能量的增大非線性銳減；(4)對光學(xué)鏡頭表面粗糙度要求苛刻，必須達到1nm以下才能發(fā)生全反射，因此對鏡頭面形要求高。
而現(xiàn)有的X射線光學(xué)仿真與評價方法大多仍采用傳統(tǒng)的針對其它波段(如可見光、紅外、紫外等)的光學(xué)仿真與評價方法。并未考慮X射線的反射率與入射角和X射線能量的關(guān)系，這將導(dǎo)致兩個問題：(1)現(xiàn)有光學(xué)仿真方法或商業(yè)軟件只能每次分析某單一能量的X射線，并且無法考慮反射率信息，對于0.1-10keV寬能段的Wolter-I型X射線望遠鏡而言，其工作量巨大，嚴重阻礙了在航天工程中的應(yīng)用。(2)采用傳統(tǒng)的光學(xué)評價方法并不能真正反映X射線聚焦性能，因為對于寬波段的X射線而言，由于其連續(xù)性，采用離散的仿真方法不利于工程實現(xiàn)，其次由于并未考慮能量與反射率間的關(guān)系，其聚焦評價方法無法如實反映實際情況。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在與克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了基于X射線光學(xué)仿真的掠入射光學(xué)系統(tǒng)聚焦性能分析方法。該方法充分考慮了X射線光子能量和反射率的特征信息，避免了現(xiàn)有技術(shù)中僅考慮單一能量X射線光子，而不考慮反射率的缺陷，可以實現(xiàn)更接近X射線脈沖星導(dǎo)航裝置的工程實際情況，提高了X射線光學(xué)仿真的效率。
本發(fā)明的上述目的通過以下的技術(shù)方案實現(xiàn)：
基于X射線光學(xué)仿真的掠入射光學(xué)系統(tǒng)聚焦性能分析方法，包括以下步驟：
(1)、設(shè)置P個X射線光子在光學(xué)鏡頭內(nèi)表面上的入射位置、光子能量和掠入射角，其中，第p個光子的入射位置坐標(biāo)分別為xp、yp、zp，所述坐標(biāo)系的原點設(shè)定為探測器中心，Z軸設(shè)定為光學(xué)鏡頭的中心軸線；第p個光子的光子能量為Ep，Ep在設(shè)定的能量范圍Emin～Emax內(nèi)隨機分布；第p個光子的掠入射角為θp，θp在設(shè)定的角度范圍θmin～θmax內(nèi)隨機分布；p＝1、2、…、P，P為設(shè)定的X射線光子樣本量；
(2)、根據(jù)步驟(1)設(shè)置的X射線光子入射位置坐標(biāo)，計算每個所述光子在光學(xué)鏡頭內(nèi)表面入射點處的鏡頭曲率半徑，以及所述入射點到光學(xué)鏡頭中心軸線的距離；其中，Υp為第p個光子入射點處的鏡頭曲率半徑；dp為第p個光子在光學(xué)鏡頭內(nèi)表面入射點到光學(xué)鏡頭中心軸線的距離；p＝1、2、…、P；具體計算公式如下：
(3)、根據(jù)步驟(2)計算得到的X射線光子在光學(xué)鏡頭內(nèi)表面入射點處的鏡頭曲率半徑和入射點到光學(xué)鏡頭中心軸線的距離，計算每個X射線光子的實際掠入射角；其中，計算得到第p個X射線光子的實際掠入射角為p＝1、2、…、P；
(4)、根據(jù)每個X射線光子的光子能量計算所述光子的臨界入射角，其中，計算得到第p個X射線光子的臨界入射角為φp，p＝1、2、…、P；
(5)、將每個X射線光子的臨界入射角與所述光子的實際掠入射角進行比較，確定所述光子是否發(fā)生全發(fā)射，并對發(fā)生全發(fā)射的光子進行計數(shù)，得到到達探測器的光子總數(shù)Ntotal；
(6)、對步驟(5)統(tǒng)計得到Ntotal個發(fā)生全反射的X射線光子，進行如下計算，得到每個所述光子在鏡頭內(nèi)表面上的反射角：
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