[發明專利]一種近地空間短波紅外星敏感器流場氣動熱效應分析方法

有效

• 申請號: 202011630795.6
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112611373B
• 公開（公告）日: 2022-05-20
• 發明（設計）人: 廖真;汪洪源;王秉文;臧云朝;武少沖;魏政
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01C21/02
• 分類號: G01C21/02;G01C25/00
• 代理公司: 哈爾濱華夏松花江知識產權代理有限公司 23213
• 代理人: 岳昕

1.一種近地空間短波紅外星敏感器流場氣動熱效應分析方法，其特征在于所述方法具體過程為：

步驟一、根據恒星的坐標判斷恒星是否在短波紅外星敏感器視場范圍內；

步驟二、獲取在短波紅外星敏感器視場范圍內的恒星在2MASS星表內的星等信息；

步驟三、利用短波紅外色指數計算視場范圍內恒星光譜，具體過程為：

步驟三一、將恒星短波紅外色指數信息轉化為恒星有效溫度，恒星短波紅外色指數和恒星有效溫度函數關系為：

其中，

其中，m₁、m₂為兩個不同波段恒星星等，m₁-m₂是短波紅外色指數，B(λ,T')為黑體光譜輻射亮度，T_{0_vega}為織女星恒星有效溫度，T_star恒星有效溫度，S(λ)為2MASS星表響應曲線，λ₁是恒星波段上限，λ₂是恒星波段下限，k取1或2，分別對應m₁、m₂星等所在波段，L_k(T)為黑體光譜輻射亮度B(λ,T)與2MASS星響應曲線S(λ)乘積對波長的積分，T'取T_{0_vega}或T_star；

步驟三二、基于普朗克黑體輻射公式計算恒星光譜：

其中，E_m(λ)為該星的光譜輻射照度，m是星等，E₀(λ)是0星等時光譜輻照度，m是恒星星等；

步驟四、根據流場物理特性逐層計算流場吸收系數，具體過程為：

步驟四一、建立近地空間全天時短波紅外星敏感器工作平臺的有限元分析模型，輸入氣動條件下流場的物理特性，獲取流場溫度場T、壓強場信息P；

步驟四二、按視軸方向將流場劃分為n層，每層長度為Δs，根據每層流場溫度T，計算溫度T下的譜線強度積分：

S_i,j(T)為第i層介質第j條譜線分子的譜線積分強度，h為普朗克常數，k為玻爾茲曼常數，η₀為譜線中心位置，E為低態譜項，Q_V(T)為振動配分函數，Q_R(T)為轉動配分函數，S(T₀)是P₀＝1.01325×10⁵Pa、T₀＝296K條件下的譜線強度，Q_V(T₀)是P₀＝1.01325×10⁵Pa、T₀＝296K條件下的振動配分函數，Q_R(T₀)是P₀＝1.01325×10⁵Pa、T₀＝296K條件下的轉動配分函數，c為光速，P₀是標準態的壓強，T₀是標準態的溫度；

步驟四三、根據譜線積分強度逐線積分，計算水和二氧化碳吸收系數：

其中，

式中，κ_i,η為第i層介質吸收系數，F(η-η_j)為譜線線型函數，η_j為第j條譜線中心波數，N為分子數密度；

步驟五、根據流場吸收系數逐層迭代計算衰減的星光光譜輻射亮度和流場背景光譜輻射亮度，具體過程為：

L_i,λ＝τ_i,λL_i-1,λ+(1-τ_i,λ)B_i,λ

其中，L_i,λ是第i層流場背景光譜輻射亮度，是第i層星光光譜輻射亮度，B_i,λ為黑體輻射亮度，τ_i,λ為第i層流場氣體透過率，L_i-1,λ第i-1層流場背景光譜輻射亮度，第i-1層星光光譜輻射亮度；

步驟六、根據步驟三獲得恒星光譜和步驟五獲得的光譜輻射亮度和流場背景光譜輻射亮度計算視場內恒星信噪比，具體過程為：

其中，K₀為星點中心像元占星點總能量的比值；為讀出噪聲；I_dark為暗電流；t_int為曝光時間；S_m是恒星星信號電子數，S_bgk是背景輻射電子數；

步驟七、將獲取的信噪比與短波紅外星敏感器的探測極限信噪比進行比較，若獲取的信噪比大于探測極限信噪比，則能夠探測到該恒星，否則不能探測到該恒星。