CN113886961A - 基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法、装置及设备 - Google Patents

Abstract

本发明属于航空航天技术领域，具体地说，涉及一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，该方法包括：获取航天器三维模型；对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量；在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，通过解算得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到等效铝屏蔽厚度三维分布；对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度的三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；并对其进行信息后处理和全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值。

Description

基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法、装置及设备

技术领域

本发明属于航空航天技术领域，具体地说，涉及基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法、装置及设备。

背景技术

随着我国对航空航天的重视，越来越多的航天器将会进入太空。地球上有气象环境，太空也有空间环境。据不完全统计，航天器故障40％由空间环境引起，有的甚至能达到80％，并且由辐射环境引起的故障占主导地位。辐射环境主要有三个来源，包括银河宇宙线、太阳宇宙线和地球辐射带，由他们所产生的高能粒子穿过航天器蒙皮进入单机器件所在位置，可能产生辐射剂量、单粒子翻转、位移损伤、深层充放电等效应，从而致使航天器故障。因此，航天器的防护至关重要。为了减少航天器故障发生率，在航天器研制过程中可对其耐辐照情况进行分析计算，根据计算结果可指导其改进。

为尽可能精确地对航天元器件和材料空间辐射效应风险进行评估，使用航天器结构模型进行三维仿真计算是必要的。针对该需求，目前已有FASTRAD、SSAT等成熟技术，国内的技术还达不到。

实现航天器三维屏蔽仿真，现有的方法存在以下技术问题：

1、通用格式(如.step、.iges)

由于三维航天器模型包含有较多的零部件结构，读取时单位制、位置、材料等信息会发生改变或丢失等错误，造成三维航天器模型信息无法准确读取；

2、根据计算效率等需求，无法对三维航天器模型进行简化处理，无法对模型材料等信息的设置修改，无法赋予不同结构合适的材料属性；

3、无法快速进行网格剖分和网格均匀化处理，现有的网格剖分造成最终的分析结果精确度低，剖分好的网格的数量各异，各网格大小各异、存在狭长网格；

4、结合三维模型对分析点各方向的等效屏蔽厚度，无法选取合适的算法进行解析计算，从而无法针对不同辐射来源实现三维屏蔽厚度的分析算法；

5、无法完成分析点各方向的剂量计算及该点的总剂量计算；

6、无法提供三维剂量结果的2维、3维云图的智能展示及报表生成，无法提供多种云图及射线图展示，且不能根据云图快速定位屏蔽较弱区域及对应的结构。

发明内容

为解决现有技术存在的上述缺陷，本发明提出了一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，该方法包括：

获取航天器三维模型；

对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量；

在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，根据辐射粒子的种类，选择直线法、法线法或权重法，得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布；

再根据预先获得的辐射效应曲，对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；

对得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行信息后处理，生成二维云图、三维云图、三维射线图和详细辐射效应三维分布报表，并进行展示；同时，对每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

作为上述技术方案的改进之一，所述获取航天器三维模型的具体过程为；

获取航天器的step格式或iges格式的三维模型文件；

对上述三维模型文件中的信息进行提取，得到模型信息；其中，模型信息包括：模型元件的密度、单位、体积、质量和名称；

对模型信息中包含的模型元件的密度准确性、单位的一致性进行智能检查，对模型实体是否重叠进行干涉检查，并进行智能修改，使模型信息中的模型元件的密度和单位一致，使模型实体不重叠；

根据使用者的需求，通过预先设置密度阈值、体积阈值、质量阈值或名称阈值，判定模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称是否均在预先设定的阈值范围内；

如果模型信息中的密度、单位、体积、质量或名称中，有一个参数超出了对应的、预先设定的阈值范围，则调整模型信息中的密度、单位、体积、质量或名称，直至模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称均在预先设定的阈值范围内；

如果模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称分别对应地在预先设定的阈值范围内，则完成对航天器三维模型的结构元件进行过滤简化，得到过滤简化后的结构元件；

再通过材料导入或者界面设置，对航天器三维模型中的各个模型元件的具体材料属性进行设置，确定各个模型元件的材料属性；

获得航天器三维模型。

作为上述技术方案的改进之一，所述对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量；在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；其具体实现过程为：

根据计算精度和效率的需求，选择经度方向和纬度方向均为等角度的等角度网格划分，经度等角度、纬度等高的等面积网格划分，或经度等角度、纬度等高并对两极狭长网格优化的智能网格划分的网格划分方式，并设置网格划分中的经度方向分割数和纬度方向分割数，对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分；

通过导入分析点坐标文件批量导入或者在模型中使用鼠标点击在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

使用光线追踪法，以某个分析点为起点，赋予每一个网格穿过其几何中心的、覆盖以分析点为中心向外方向的所有模型实体的辐照矢量，得到了与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量。

作为上述技术方案的改进之一，所述将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，根据辐射粒子的种类，选择直线法、法线法或权重法，得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布；其具体实现过程为：

将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，得到第i个空间辐照矢量与航天器三维模型中目标器件相交点的位置坐标(x_i，y_i，z_i)；

计算辐照矢量方向的实际射线与该航天器三维模型中目标器件的实际相交厚度分布d＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}：

其中，d_i为第i个辐照矢量方向的实际射线与该航天器三维模型中目标器件的实际相交厚度；k为该辐照矢量方向相交的目标器件数量；X_j1为实际射线入射第j个目标器件的相交点的三维坐标，即X_j1＝(x_j1，y_j1，z_j1)；X_j2为实际射线出射第j个目标器件的相交点的三维坐标，即X_j2＝(x_j2，y_j2，z_j2)；

根据辐射粒子的种类，选择选择直线法、法线法或权重法，对实际相交厚度分布d＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}进行解算，即得到各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布；

具体地，直线法，即实际射线在目标器件中直线传播，这种方法得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布就是d_z＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}；

法线法，即实际射线在入射目标器件时沿入射点射入表面的法线方向传播，这种方法得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布为d_f＝{d₁×cosα₁，d₂×cosα₂，d₃×cosα₃，…，d_n×cosα_i}，其中，α_i(i＝1…n)为入射角；

权重法，得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布为

其中，α_i1(i＝1…n)为入射角，α_i2(i＝1…n)为出射角；

根据各个模型元件的材料属性，将各个分析点处的实际屏蔽厚度换算为等效铝屏蔽厚度，作为每个空间辐照矢量的等效铝屏蔽厚度，再对各个空间辐照矢量的等效铝屏蔽厚度叠加，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布。

作为上述技术方案的改进之一，所述根据预先获得的辐射效应曲线，对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；其具体实现过程为：

读取预设的辐射效应曲线，提取效应深度；

将得到的分析点的等效铝屏蔽厚度的三维分布与该辐射效应曲线中提取的效应深度进行比对，通过对与效应深度相对应的辐射效应值进行插值计算，并按照辐照矢量对应的网格面积占总网格面积的比重取权重，得到各个空间辐照矢量的辐射效应值，并将其作为该分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；

重复上述过程，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据。

作为上述技术方案的改进之一，所述对得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行信息后处理，生成二维云图、三维云图、三维射线图和详细辐射效应三维分布报表，并进行展示；同时，对每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。其具体实现过程为：

将得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据以色温图的形式进行二维、三维云图显示，生成二维云图和三维云图；

将得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据以色温着色的射线形式进行三维射线图的展示，生成三维射线图，并进行展示；

将三维射线图按照指定的经纬度范围进行突出显示和巡航展示，显示对应经纬度范围区域的等效铝屏蔽厚度和辐射效应值；

将各网格的位置，等效铝屏蔽厚度和辐射效应值生成详细辐射效应三维分布报表；

同时，对分析点的辐射效应值进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

本发明还提供了一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算装置，该装置包括：

模型获取模块，用于获取航天器三维模型；

空间划分模块，用于对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量；在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

屏蔽厚度获取模块，用于将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，根据辐射粒子的种类，选择直线法、法线法或权重法，得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布；

辐照效应计算模块，用于根据预先获得的辐射效应曲线(如剂量深度曲线)，对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；和

评估模块，用于对得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行信息后处理，生成二维云图、三维云图、三维射线图和详细辐射效应三维分布报表，并进行展示；同时，对每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

本发明还提供了一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算设备，所述辐射效应计算设备包括：处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序，以执行所述的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法。

本发明与现有技术相比的有益效果是：

1、软件能够读取.step或.iges等常用航天器三维模型格式文件，并依据预设的格式对文件数据进行分析和修改，快速得到单位一致、密度准确、模型实体逻辑无误的模型，大大提高了模型处理的速度和准确度。

2、选择不同的网格划分方式和不同的简化过滤方法，大大提高了计算效率；根据分析点的位置，能够精确获取每个分析点的位置，大大提高了各种云图和报表的精确度；

3、本发明的方法中，通过展示不同的云图和报表，直观而准确的反应了不同分析点的三维屏蔽辐射效应值分布情况，同时，利用巡航展示，提供了聚焦关键屏蔽方向的能力。

4、本发明的方法实现了航天器通用格式的三维模型文件的导入和分析，集成了一维辐射效应深度曲线的导入和计算功能，依据不同条件对模型实体进行过滤简化，实现了多种网格剖分算法，实现了多种屏蔽厚度解算算法，三维云图展示中实现了特定方向的突出显示。

附图说明

图1是本发明的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法的流程图。

具体实施方式

现结合附图和实例对本发明作进一步的描述。

本发明提供了基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，该方法实现了三维模型读取、模型检查及修改、模型简化和材料设置、辐射效应深度曲线导入、网格剖分、三维屏蔽厚度分析、三维剂量分析和三维剂量展示；

如图1所示，该方法包括：

获取航天器三维模型，并对其进行智能检查和修改，进行过滤简化，设置材料属性；

具体地，基于freeCAD软件获取航天器的step格式或iges格式的三维模型文件；

对上述三维模型文件中的信息进行提取，得到模型信息；其中，模型信息包括：模型元件的密度、单位、体积、质量和名称；

对模型信息中包含的模型元件的密度准确性、单位的一致性进行智能检查，对模型实体是否重叠进行干涉检查，并进行智能修改，使模型信息中的模型元件的密度和单位一致，使模型实体不重叠；

根据使用者的需求，通过预先设置密度阈值、体积阈值、质量阈值或名称阈值，判定模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称是否均在预先设定的阈值范围内；

如果模型信息中的密度、单位、体积、质量或名称中，有一个参数超出了对应的、预先设定的阈值范围，则调整模型信息中的密度、单位、体积、质量或名称，直至模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称均在预先设定的阈值范围内；

如果模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称分别对应地在预先设定的阈值范围内，则完成对航天器三维模型的结构元件进行过滤简化，得到过滤简化后的结构元件；

再通过材料导入或者界面设置，对航天器三维模型中的各个模型元件的具体材料属性进行设置，确定各个模型元件的材料属性；

获得航天器三维模型。

对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量；

在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

具体地，根据计算精度和效率的需求，选择经度方向和纬度方向均为等角度的等角度网格划分，经度等角度、纬度等高的等面积网格划分，或经度等角度、纬度等高并对两极狭长网格优化的智能网格划分的网格划分方式，并设置网格划分中的经度方向分割数和纬度方向分割数，对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分；

通过导入分析点坐标文件批量导入或者在模型中使用鼠标点击在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

使用光线追踪法，以某个分析点为起点，赋予每一个网格穿过其几何中心的、覆盖以分析点为中心向外方向的所有模型实体的辐照矢量，就得到了与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量。其中，在进行球面网格划分的过程中，对得到的每个网格的位置进行标记，从而得到每个网格的位置，以便后续计算用。

将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，根据辐射粒子的种类，选择直线法、法线法或权重法，得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布具体地，将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，得到第i个空间辐照矢量与航天器三维模型中目标器件相交点的位置坐标(x_i，y_i，z_i)；

计算辐照矢量方向的实际射线与该航天器三维模型中目标器件的实际相交厚度分布d＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}：

其中，d_i为第i个辐照矢量方向的实际射线与该航天器三维模型中目标器件的实际相交厚度；k为该辐照矢量方向相交的目标器件数量；X_j1为实际射线入射第j个目标器件的相交点的三维坐标，即X_j1＝(x_j1，y_j1，z_j1)；X_j2为实际射线出射第j个目标器件的相交点的三维坐标，即X_j2＝(x_j2，y_j2，z_j2)；

根据辐射粒子的种类，选择选择直线法、法线法或权重法，对实际相交厚度分布d＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}进行解算，即得到各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布；

具体地，直线法，即实际射线在目标器件中直线传播，这种方法得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布就是d_z＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}；

法线法，即实际射线在入射目标器件时沿入射点射入表面的法线方向传播，这种方法得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布为d_f＝{d₁×cosα₁，d₂×cosα₂，d₃×cosα₃，…，d_n×cosα_i}，其中，α_i(i＝1…n)为入射角；

权重法，得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布为

其中，α_i1(i＝1…n)为入射角，α_i2(i＝1…n)为出射角；

根据各个模型元件的材料属性，将各个分析点处的实际屏蔽厚度换算为等效铝屏蔽厚度，作为每个空间辐照矢量的等效铝屏蔽厚度，再对各个空间辐照矢量的等效铝屏蔽厚度叠加，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布。

再根据预先获得的辐射效应曲线(如剂量深度曲线)，对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；

具体地，读取预设的辐射效应曲线，提取效应深度；

将得到的分析点的等效铝屏蔽厚度的三维分布与该辐射效应曲线中提取的效应深度进行比对，通过对与效应深度相对应的辐射效应值进行插值计算，并按照辐照矢量对应的网格面积占总网格面积的比重取权重，得到各个空间辐照矢量的辐射效应值，并将其作为该分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；

重复上述过程，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据。

对得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行信息后处理，生成二维云图、三维云图、三维射线图和详细辐射效应三维分布报表，并进行展示；同时，对每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

具体地，将得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据以色温图的形式进行二维、三维云图显示，生成二维云图和三维云图；

将得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据以色温着色的射线形式进行三维射线图的展示，生成三维射线图，并进行展示；

将三维射线图按照指定的经纬度范围进行突出显示和巡航展示，显示对应经纬度范围区域的等效铝屏蔽厚度和辐射效应值；

将各网格的位置，等效铝屏蔽厚度和辐射效应值生成详细辐射效应三维分布报表；

同时，对分析点的辐射效应值进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

本发明还提供了一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算装置，该装置包括：

模型获取模块，用于获取航天器三维模型，并对其进行智能检查和修改，进行过滤简化，设置材料属性；

空间划分模块，用于对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量；在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

屏蔽厚度获取模块，用于将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，根据辐射粒子的种类，选择直线法、法线法或权重法，得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布；

辐照效应计算模块，用于根据预先获得的辐射效应曲线(如剂量深度曲线)，对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；和

评估模块，用于对得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行信息后处理，生成二维云图、三维云图、三维射线图和详细辐射效应三维分布报表，并进行展示；同时，对每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

本发明还提供了一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算设备，所述辐射效应计算设备包括：处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序，以执行所述的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法。

最后所应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制。尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，都不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (8)

1.一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，该方法包括：

获取航天器三维模型；

对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量；

在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，根据辐射粒子的种类，选择直线法、法线法或权重法，得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布；

再根据预先获得的辐射效应曲，对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；

对得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行信息后处理，生成二维云图、三维云图、三维射线图和详细辐射效应三维分布报表，并进行展示；同时，对每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

2.根据权利要求1所述的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，其特征在于，所述获取航天器三维模型的具体过程为；

获取航天器的step格式或iges格式的三维模型文件；

对上述三维模型文件中的信息进行提取，得到模型信息；其中，模型信息包括：模型元件的密度、单位、体积、质量和名称；

对模型信息中包含的模型元件的密度准确性、单位的一致性进行智能检查，对模型实体是否重叠进行干涉检查，并进行智能修改，使模型信息中的模型元件的密度和单位一致，使模型实体不重叠；

根据使用者的需求，通过预先设置密度阈值、体积阈值、质量阈值或名称阈值，判定模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称是否均在预先设定的阈值范围内；

如果模型信息中的密度、单位、体积、质量或名称中，有一个参数超出了对应的、预先设定的阈值范围，则调整模型信息中的密度、单位、体积、质量或名称，直至模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称均在预先设定的阈值范围内；

如果模型信息中的密度、单位、体积、质量和名称分别对应地在预先设定的阈值范围内，则完成对航天器三维模型的结构元件进行过滤简化，得到过滤简化后的结构元件；

再通过材料导入或者界面设置，对航天器三维模型中的各个模型元件的具体材料属性进行设置，确定各个模型元件的材料属性；

获得航天器三维模型。

3.根据权利要求1所述的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，其特征在于，所述对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量；在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；其具体实现过程为：

选择经度方向和纬度方向均为等角度的等角度网格划分，经度等角度、纬度等高的等面积网格划分，或经度等角度、纬度等高并对两极狭长网格优化的智能网格划分的网格划分方式，并设置网格划分中的经度方向分割数和纬度方向分割数，对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分；

通过导入分析点坐标文件批量导入或者在模型中使用鼠标点击在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

使用光线追踪法，以某个分析点为起点，赋予每一个网格穿过其几何中心的、覆盖以分析点为中心向外方向的所有模型实体的辐照矢量，得到了与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量。

4.根据权利要求1所述的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，其特征在于，所述将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，根据辐射粒子的种类，选择直线法、法线法或权重法，得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布；其具体实现过程为：

将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，得到第i个空间辐照矢量与航天器三维模型中目标器件相交点的位置坐标(x_i，y_i，z_i)；

计算辐照矢量方向的实际射线与该航天器三维模型中目标器件的实际相交厚度分布d＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}：

其中，d_i为第i个辐照矢量方向的实际射线与该航天器三维模型中目标器件的实际相交厚度；k为该辐照矢量方向相交的目标器件数量；X_j1为实际射线入射第j个目标器件的相交点的三维坐标，即X_j1＝(x_j1，y_j1，z_j1)；X_j2为实际射线出射第j个目标器件的相交点的三维坐标，即X_j2＝(x_j2，y_j2，z_j2)；

根据辐射粒子的种类，选择选择直线法、法线法或权重法，对实际相交厚度分布d＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}进行解算，即得到各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布；

具体地，直线法，即实际射线在目标器件中直线传播，这种方法得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布就是d_z＝{d₁，d₂，d₃，…，d_n}；

法线法，即实际射线在入射目标器件时沿入射点射入表面的法线方向传播，这种方法得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布为d_f＝{d₁×cosα₁，d₂×cosα₂，d₃×cosα₃，…，d_n×cosα_i}，其中，α_i(i＝1…n)为入射角；

权重法，得到的各个分析点处的实际屏蔽厚度的三维分布为

其中，α_i1，i＝1…n为入射角，α_i2为出射角；

根据各个模型元件的材料属性，将各个分析点处的实际屏蔽厚度换算为等效铝屏蔽厚度，作为每个空间辐照矢量的等效铝屏蔽厚度，再对各个空间辐照矢量的等效铝屏蔽厚度叠加，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布。

5.根据权利要求1所述的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，其特征在于，所述根据预先获得的辐射效应曲线，对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；其具体实现过程为：

读取预设的辐射效应曲线，提取效应深度；

将得到的分析点的等效铝屏蔽厚度的三维分布与该辐射效应曲线中提取的效应深度进行比对，通过对与效应深度相对应的辐射效应值进行插值计算，并按照辐照矢量对应的网格面积占总网格面积的比重取权重，得到各个空间辐照矢量的辐射效应值，并将其作为该分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；

重复上述过程，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据。

6.根据权利要求1所述的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法，其特征在于，所述对得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行信息后处理，生成二维云图、三维云图、三维射线图和详细辐射效应三维分布报表，并进行展示；同时，对每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。其具体实现过程为：

将得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据以色温图的形式进行二维、三维云图显示，生成二维云图和三维云图；

将得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据以色温着色的射线形式进行三维射线图的展示，生成三维射线图，并进行展示；

将三维射线图按照指定的经纬度范围进行突出显示和巡航展示，显示对应经纬度范围区域的等效铝屏蔽厚度和辐射效应值；

将各网格的位置，等效铝屏蔽厚度和辐射效应值生成详细辐射效应三维分布报表；

同时，对分析点的辐射效应值进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

7.一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算装置，其特征在于，该装置包括：

模型获取模块，用于获取航天器三维模型；

空间划分模块，用于对航天器三维模型所处的4π空间辐照环境进行球面网格划分，得到与每个网格一一对应的空间辐照矢量，并将划分的多个空间辐照矢量作为全空间辐照矢量；在航天器三维模型内目标器件处设置单个或多个分析点；

屏蔽厚度获取模块，用于将全空间辐照矢量输入至航天器三维模型，采用屏蔽厚度解算方法，进行屏蔽计算，根据辐射粒子的种类，选择直线法、法线法或权重法，得到各个分析点处的实际屏蔽的三维分布；再根据不同材料等效厚度换算，得到包含了每个分析点不同方向、不同立体角的等效铝屏蔽厚度三维分布；

辐照效应计算模块，用于根据预先获得的辐射效应曲线，对得到的每个分析点的等效铝屏蔽厚度三维分布进行残余辐照效应值计算，得到每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据；和

评估模块，用于对得到的每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行信息后处理，生成二维云图、三维云图、三维射线图和详细辐射效应三维分布报表，并进行展示；同时，对每个分析点的三维辐照效应值分布的详细辐照数据进行全方向积分，得到各个分析点处的辐射总效应值，以便对每个分析点的辐照效应进行评估。

8.一种基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算设备，其特征在于，所述辐射效应计算设备包括：处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；

所述存储器用于存储计算机程序；

所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序，以执行如权利要求1-6任一项所述的基于航天器三维屏蔽的辐射效应计算方法。

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