[發明專利]一種基于有限差分的衛星深層充電評估的電場計算方法

在審

• 申請號: 201611022134.9
• 申請日: 2016-11-16
• 公開（公告）號: CN108072795A
• 公開（公告）日: 2018-05-25
• 發明（設計）人: 楊垂柏;王世金;馮宇波;王月
• 申請（專利權）人: 北京天工科儀空間技術有限公司
• 主分類號: G01R29/12
• 分類號: G01R29/12
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于有限差分的用于評估衛星深層充電后危害的介質內電場強度的計算方法，其特征在于，包括：

步驟1：將衛星內部或者外部需要評估的介質結構抽樣成平板結構或同軸型結構，均包含有遮擋、介質及被層或芯柱，并給出介質厚度值；

步驟2：將介質內部空間進行剖分，平板型介質結構的內部剖分為等高線，同軸型結構的內部剖分為同心圓，不同層數之間的間距差別小于50％。

步驟3：以預定格式的讀入介質的初始條件和邊界條件，包括最初介質內的電場分布和邊界電位值；

步驟4：以預定格式的讀入空間高能電子的數據，可以是衛星實測粒子數據或輻射帶粒子模型數據，諸如風云二號衛星實測數據或AE8輻射粒子模型數據。

步驟5：利用線性沉淀法公式，這對步驟4所讀入的數據，計算每個時刻的不同能段在介質內的通量-深度和劑量率-深度的對應關系，并最后求得所有能段的總通量和總劑量率分布關系；

步驟6：依據步驟2的介質分層參數和步驟3給出電場和電位的初始值和邊界值，并根據步驟5中所計算出來的每個時刻的通量-深度對應關系和劑量率-深度的對應關系，利用以下方程組來獲得介質中的電荷密度和電場分布：

ρ ( i , t ) = ρ ( i , t - 1 ) ( exp ( - d t ) τ ( i , t ) ) + q · ( i , t ) σ ( i , t ) ( 1 - exp ( - d t τ ( i , t ) ) ) - - - ( 1 ) ]]>

1 d x · ϵ ( φ ( i + 1 ) - φ ( i ) x ( i + 1 ) - x ( i ) - φ ( i ) - φ ( i - 1 ) x ( i ) - x ( i - 1 ) ) = - ρ ( i , t ) - - - ( 2 ) ]]>

σ ( i ) = σ 0 + σ D = σ 0 + k × D ( i ) Δ · - - - ( 3 ) ]]>

E(i+1/2)＝(φ(i+1)-φ(i))/(x(i+1)-x(i)) (4)

其中,ρ(i,t)為i深度處t時刻的總電荷密度；為i深度處t時刻電子束流在介質中由通量-深度對應關系得出的電荷注入率；φ(i+1)、φ(i)及φ(i-1)為x(i+1)、x(i)及x(i-1)深度處的介質內部深度值；E(i+1/2)為介質內部的x(i+1/2)位置處的電場強度,x(i+1/2)為x(i+1)和x(i)之間的位置；τ(i,t)和σ(it)分別為t時刻的x(i)深度處介質的時間常數和介質電導率，dt為計算時間步長,σ0為介質本征電導率，σD為輻射誘發電導率，k和Δ為輻射誘發電導率的系數和指數，為劑量率-深度對應關系；

步驟7：根據步驟6中的計算結果，整理所有時刻的介質內電場分布，以獲得每個時刻電場強度最大值Et,max。

步驟8：采用步驟7中得到的每個時刻介質內電場強度最大值Et,max，分析在整個待評估的時間段內所有時刻的介質內電場強度最大值，將其與介質所能承受的放電電場強度最大閾值進行比較，如果大于該閾值，則放電風險較大，否則放電風險小。