[發(fā)明專利]一種基于多場耦合分析的脈沖星探測器多目標(biāo)優(yōu)化方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201710115378.X
• 申請日: 2017-03-01
• 公開（公告）號: CN106989742B
• 公開（公告）日: 2019-08-09
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 李連升;鄧樓樓;梅志武;呂政欣;左富昌;譚民濤;孫艷;席同鑫;張海力
• 申請（專利權(quán)）人: 北京控制工程研究所
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C25/00
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種基于多場耦合分析的脈沖星探測器多目標(biāo)優(yōu)化方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)選定X射線脈沖星探測器的設(shè)計參數(shù)，所述設(shè)計參數(shù)包括光學(xué)系統(tǒng)中鏡片嵌套層數(shù)i，鏡片厚度w，光學(xué)鏡片長度L，鏡筒內(nèi)直徑D_ti，鏡筒厚度t，探測器半徑R_E，光子最佳掠入射角θ；其中，i＝1，2，3，…，n；n為正整數(shù)；

(2)根據(jù)步驟(1)確定的X射線脈沖星探測器的設(shè)計參數(shù)，構(gòu)建X射線脈沖星探測器優(yōu)化模型，優(yōu)化模型包括重量最小化W_min和探測靈敏度最小化F_min：

其中，B為空間本底噪聲，ξ為X光子的入射系數(shù)，ε為探測器量子效率，β為探測器死區(qū)系數(shù)，n_σ為探測信噪比，ΔE為觀測能段，D_to為鏡筒外直徑，D_ti為鏡筒內(nèi)直徑；A_eff為光學(xué)系統(tǒng)有效面積；鏡筒外直徑D_to＝D_ti+2t；光學(xué)系統(tǒng)焦距其中，ω為設(shè)定的光學(xué)系統(tǒng)半視場角；光學(xué)系統(tǒng)最外層鏡片大端半徑r_d(1)＝f·tan(2θ)；光學(xué)系統(tǒng)最外層鏡片小端半徑ρ_t為鏡筒結(jié)構(gòu)材料密度；ρ_m為光學(xué)系統(tǒng)鏡片結(jié)構(gòu)材料密度；r_x(i)＝r_d(i+1)；r_x(i)表示第i層鏡片小端半徑，r_d(i+1)表示第i+1層鏡片大端半徑；第i+1層鏡片位于第i層鏡片內(nèi)側(cè)；T為觀測時間；

(3)利用Pareto多目標(biāo)遺傳算法對步驟(2)中構(gòu)建的重量W的優(yōu)化模型和探測靈敏度最小化F_min的優(yōu)化模型進行優(yōu)化，獲得X射線脈沖星探測器的在設(shè)計空間內(nèi)的非劣解集；根據(jù)探測靈敏度最小化F_min、重量W的優(yōu)化解集，在非劣解集中選擇某一組解，獲得相應(yīng)的X射線脈沖星探測器設(shè)計參數(shù)；

(4)根據(jù)步驟(3)中選定的X射線脈沖星探測器的設(shè)計參數(shù)，構(gòu)建X射線脈沖星探測器的三維模型、有限元模型；在建立的有限元模型中設(shè)置鏡片的形變量提取點，對X射線脈沖星探測器進行結(jié)構(gòu)-熱耦合分析，計算得到MN個形變量提取點的形變量、X射線脈沖星探測器最大應(yīng)力和最大形變；其中，形變量提取點的設(shè)置方法如下：在每層鏡片的內(nèi)表面上，沿著光學(xué)系統(tǒng)的軸線方向設(shè)置N條曲線，并在每條曲線上設(shè)置M個點；M、N均為正整數(shù)；

(5)根據(jù)步驟(4)中結(jié)構(gòu)-熱耦合分析獲得的每層鏡片MN個形變量提取點的形變量，對MN個形變量提取點的坐標(biāo)位置進行擬合，得到形變后的光學(xué)鏡頭各鏡片的內(nèi)表面；

(6)利用光學(xué)追蹤法、X射線掠入射全反射理論，將X光子入射到步驟(5)擬合后獲得的光學(xué)鏡頭各鏡片的內(nèi)表面，進行聚焦性能分析；根據(jù)X射線脈沖星探測器最大應(yīng)力，對X射線脈沖星探測器的結(jié)構(gòu)強度進行判定；如果聚焦效率η大于80％且最大應(yīng)力小于材料的屈服極限強度，則進入步驟(7)；否則，返回步驟(3)，在非劣解集中選擇另一組解，重新計算；

(7)利用最終獲得的X射線脈沖星探測器的設(shè)計參數(shù)，設(shè)計X射線脈沖星探測器。