CN115932937A - 确定中轨道高能电子能谱的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及航空航天数据处理技术领域，尤其涉及一种确定中轨道高能电子能谱的方法及系统，方法包括：获取同步轨道高能电子的积分通量数据；根据同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值。根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。本申请的技术方案较之现有技术可以更方便、简单的生成中轨道的高能电子能谱，且具有实时性。
Description
技术领域
本申请涉及航空航天数据处理技术领域，尤其涉及一种确定中轨道高能电子能谱的方法及系统。
背景技术
中轨道是指高度20000公里左右的卫星轨道，是大多数全球导航卫星的运行轨道。中轨道的高度正是地球外辐射带中心的高度，中轨道穿过的赤道区域正是外辐射带的中心区域，高能电子通量可达107cm-2s-1sr-1Mev-1(1MeV),百倍于地球同步轨道。高能电子能够穿过卫星的防护层，沉积在卫星内部介质(如线路板等)，会引起深层充电效应，严重时能够造成卫星异常甚至故障。
要对不同防护厚度下的材料的深层充电效应的严重程度进行估算，就需要准确地了解中轨道上最恶劣的高能电子环境，即恶劣的高能电子能谱，通过高能电子能谱可以对卫星深层充电事件进行防范，还可以进行卫星异常分析。但用于获取高能电子通量的电子探测设备在中轨道卫星中难以普及，而且高能电子探测数据不能实时下传，导致高能电子能谱难以构建。
发明内容
为至少在一定程度上克服相关技术中用于获取高能电子通量的电子探测设备在中轨道卫星中难以普及，而且高能电子探测数据不能实时下传，导致高能电子能谱难以构建的问题，本申请提供一种确定中轨道高能电子能谱的方法及系统。
本申请的方案如下：
根据本申请实施例的第一方面，提供一种确定中轨道高能电子能谱的方法，包括：
获取同步轨道高能电子的积分通量数据；
根据所述同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；
确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值；
根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；
根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。
优选地，所述方法还包括：
构建计算模型；所述计算模型用于计算能量为第一预设值的高能电子的微分通量：
Fm1＝1.7×106+3.75×106×(log10FG-6.845)；
其中，Fm1表示能量为第一预设值的高能电子的微分通量，FG表示所述同步轨道高能电子的积分通量数据。
优选地，所述计算模型还用于计算能量大于第一预设值的高能电子的微分通量：
其中，Fm(E)为表示能量为E的高能电子的微分通量，Fm1max表示能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值。
优选地，所述同步轨道高能电子的积分通量数据为同步轨道中能量大于第二预设值的高能电子的积分通量数据。
优选地，所述第二预设值为所述第一预设值的二倍。
优选地，所述第一预设值为1MeV，所述第二预设值为2MeV。
优选地，所述周期为24小时。
根据本申请实施例的第二方面，提供一种确定中轨道高能电子能谱的系统，包括：
获取模块，用于获取同步轨道高能电子的积分通量数据；
第一确定模块，用于根据所述同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；
第二确定模块，用于确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值；
第三确定模块，用于根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；
生成模块，用于根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：一种确定中轨道高能电子能谱的方法，包括：获取同步轨道高能电子的积分通量数据；根据同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值。根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。由于地球同步轨道与中轨道同处于外辐射带，其高能电子通量与外辐射带中心区域有着同步变化的趋势，而且现有技术中可连续监测地球同步轨道的高能电子通量变化，本申请的技术方案中，通过获取同步轨道高能电子的积分通量数据，来计算得到同周期内中轨道的高能电子能谱，无须在中轨道卫星中搭载电子探测设备，也不用考虑探测数据不能实时下传的问题，本申请的技术方案较之现有技术可以更方便、简单的生成中轨道的高能电子能谱，且生成的高能电子能谱具有实时性。
应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。
附图说明
此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本申请的实施例，并与说明书一起用于解释本申请的原理。
图1是本申请一个实施例提供的一种确定中轨道高能电子能谱的方法的流程示意图；
图2是本申请一个实施例提供的中轨道高能电子通量计算结果与实测结果对比示意图；
图3是本申请一个实施例提供的一种确定中轨道高能电子能谱的系统的示意框图。
附图标记：获取模块-21；第一确定模块-22；第二确定模块-23；第三确定模块-24；生成模块-25。
具体实施方式
这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本申请相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本申请的一些方面相一致的装置和方法的例子。
实施例一
图1是本实施例一个实施例提供的一种确定中轨道高能电子能谱的方法的流程示意图，参照图1，一种确定中轨道高能电子能谱的方法，包括：
S11：获取同步轨道高能电子的积分通量数据；
S12：根据同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；
S13：确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值；
S14：根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；
S15：根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。
需要说明的是，同步轨道高能电子的积分通量数据可以在空间天气预报中心网站获得，也可以通过其他途径获得，此处不做限定。
需要说明的是，外辐射带是被地磁场束缚的高能电子分布的区域,是环绕赤道附近区域的环状区域,其核心区域的高度大约在20000公里左右。外辐射带的分布区域较为稳定，但其中的高能电子通量的变化幅度却很大，地磁亚暴期间，大量“种子电子”被加速，使得外辐射带电子通量迅速增加，严重时可达数百倍。迅速增长的高能电子对穿越外辐射带的卫星构成了巨大威胁，主要是高能电子所形成深层充电效应，已经造成了多起卫星异常甚至严重故障，因此，外辐射带电子又被称为“杀手电子”。
及时掌握中轨道卫星的高能电子沿轨的通量和能谱是保障卫星空间环境安全的重要一环，但是由于获取高能电子通量的电子探测设备在中轨道卫星中难以普及，而且高能电子探测数据不能实时下传，导致高能电子能谱难以构建，卫星管理机构不能及时掌握卫星的高能电子环境。
地球同步轨道与中轨道同处于外辐射带，但尽管地球同步轨道始终处于外辐射带的靠外的区域，其高能电子通量与外辐射带中心区域却有着同步变化的趋势，而且地球同步轨道可连续监测外辐射带外围的高能电子通量变化，能够间接地反映外辐射带核心区域的高能电子的状况。
本技术方案就是能够根据稳定的的地球同步轨道监测到的高能电子通量数据，计算中轨道卫星所穿越的外辐射带核心区域的高能电子通量和能谱情况。本技术方案围绕这一目标系统地分析了中轨道高能电子分布和演化特征，及其与同周期的地球同步轨道高能电子环境状况的对应关系，并通过对地球同步轨道与中轨道相同时段的高能电子通量分部特种的统计，得到了两种轨道的高能电子特征参数的对应关系。
在具体实践中，同步轨道高能电子的积分通量数据为同步轨道中能量大于第二预设值的高能电子的积分通量数据。
第二预设值为第一预设值的二倍，具体的，第一预设值为1MeV，第二预设值为2MeV。
在具体实践中，周期取24小时。
本实施例中技术方案的实施依据如下：
通过分析地球同步轨道上能量大于2MeV的高能电子的24小时积分通量与中轨道上能量为1MeV的高能电子通量的微分通量的统计分析，得到如下结论：
1)高度20000公里左右，倾角55度左右的中轨道卫星在24小时内会4次穿越外辐射带中心，每次穿越过程中高能电子的微分通量会出现峰值，每次穿越处在外辐射带中心的时间为1.5小时左右，而深层充电效应通常会发生在一次穿越的过程中，而在外辐射带核心区域，高能电子的能量高而且稳定，因此计算中轨道卫星24小时内一次穿越的高能电子的微分通量具有很强的实用性。
2)在中轨道穿越外辐射带中心的区域，即中轨道上的高能电子的微分通量的峰值区域，24小时内的微分通量的峰值与地球同步轨道相应时间段内的积分通量相关。由于地球同步轨道处在外辐射带外缘，其高能电子的积分通量与中轨道卫星穿越的外辐射带核心区域的高能电子的微分通量密切相关，通过统计分析确定，24小时时间段内的中轨道的能量为1MeV的高能电子的微分通量的峰值(即中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量)与相同时间段内同步轨道的能量大于2MeV的高能电子的积分通量之间存在着较为稳定的关系。
3)根据中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量大于1MeV的高能电子的的微分通量生成的高能电子能谱较为稳定，高能电子能谱参数与中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为1MeV的高能电子的的微分通量相关。
需要说明的是，中轨道每24小时4次穿越外辐射带核心区域，每次遭受的高能电子通量各不相同，而其中高能电子通量最高的一次穿越对卫星威胁最大，所以本实施中还需要确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值。再去根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱，这样就能通过中轨道高能电子能谱为估算相关屏蔽下的介质深层充电电压提供依据，可用于中轨道卫星危险深层充电事件的防范和卫星异常分析。
需要说明的是，在24小时周期内，通过地球同步轨道中能量大于2MeV高能电子的积分通量能够计算相同时间段内中轨道中能量为1MeV的微分通量，进而可计算中轨道中能量大于1MeV的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。
具体的，本实施例中通过计算模型来实现。需要说明的是，方法还包括：
构建计算模型；计算模型用于计算能量为第一预设值的高能电子的微分通量：
Fm1＝1.7×106+3.75×106×(log10FG-6.845)；
其中，Fm1表示能量为第一预设值的高能电子的微分通量，FG表示同步轨道高能电子的积分通量数据。
其中，Fm1的单位为cm-2s-1sr-1MeV-1，FG的单位为cm-2sr-1。
计算模型还用于计算能量大于第一预设值的高能电子的微分通量：
其中，Fm(E)表示能量为E的高能电子的微分通量，Fm1max表示能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值。
其中，Fm(E)的单位为cm-2s-1sr-1MeV-1，E表示高能电子能量，单位是MeV。
可以理解的是，本实施例中的确定中轨道高能电子能谱的方法，包括：获取同步轨道高能电子的积分通量数据；根据同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值。根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。由于地球同步轨道与中轨道同处于外辐射带，其高能电子通量与外辐射带中心区域有着同步变化的趋势，而且现有技术中可连续监测地球同步轨道的高能电子通量变化，本实施例的技术方案中，通过获取同步轨道高能电子的积分通量数据，来计算得到同周期内中轨道的高能电子能谱，无须在中轨道卫星中搭载电子探测设备，也不用考虑探测数据不能实时下传的问题，本实施例的技术方案较之现有技术可以更方便、简单的生成中轨道的高能电子能谱，且生成的高能电子能谱具有实时性。
为了检验本实施例所提供的技术方案的可行性，本实施例中选择了中轨道卫星P70卫星的1MeV、1.6MeV和2MeV的高能电子微分通量在8月28日到9月24日的独立的极大值进行检验，输入数据为同周期地球同步轨道卫星相同时段的能量大于2MeV的高能电子的积分通量。
根据本实施例中的计算模型，分别计算的上述28个时间段的中轨道1MeV、1.6MeV和2MeV的高能电子的微分通量的最大值，并与中轨道卫星在相同能量的实测值进行了比较，结果如图2所示。
本实施例在对计算模型的评估中，采用的对数通量相对误差进行评价，公式为：
式中err为对数通量相对误差；lgf0(m)表示中轨道某卫星某能量的微分通量的实测值，lgfc(m)为对应时间段的微分通量的计算值，m为样本序号。
应用上述公式给出的方法，对图2提供的中轨道1MeV、1.6MeV和2MeV的计算结果，对照相同时段的中轨道相应能量的实测结果进行了评估，得到1MeV、1.6MeV和2MeV的微分通量的相对误差分别为5.13％、6.28％和7.28％。
评估结果表明，本实施例中给出的确定中轨道高能电子能谱的方法可行。
实施例二
图3是本实施例一个实施例提供的一种确定中轨道高能电子能谱的系统的示意框图，参照图3，一种确定中轨道高能电子能谱的系统，包括：
获取模块21，用于获取同步轨道高能电子的积分通量数据；
第一确定模块22，用于根据所述同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；
第二确定模块23，用于确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值；
第三确定模块24，用于根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；
生成模块25，用于根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。
本实施例中的确定中轨道高能电子能谱的方法，包括：获取模块21，第一确定模块22，第二确定模块23，第三确定模块24和生成模块25。实施时，获取模块21获取同步轨道高能电子的积分通量数据；第一确定模块22根据同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；第二确定模块23确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值。第三确定模块24根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；生成模块25根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。由于地球同步轨道与中轨道同处于外辐射带，其高能电子通量与外辐射带中心区域有着同步变化的趋势，而且现有技术中可连续监测地球同步轨道的高能电子通量变化，本实施例的技术方案中，通过获取同步轨道高能电子的积分通量数据，来计算得到同周期内中轨道的高能电子能谱，无须在中轨道卫星中搭载电子探测设备，也不用考虑探测数据不能实时下传的问题，本实施例的技术方案较之现有技术可以更方便、简单的生成中轨道的高能电子能谱，且生成的高能电子能谱具有实时性。
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
需要说明的是，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本申请的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
应当理解，本申请的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
此外，在本申请各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (8)
1.一种确定中轨道高能电子能谱的方法，其特征在于，包括：
获取同步轨道高能电子的积分通量数据；
根据所述同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；
确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值；
根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；
根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
构建计算模型；所述计算模型用于计算能量为第一预设值的高能电子的微分通量：
Fm1＝1.7×106+3.75×106×(log10FG-6.845)；
其中，Fm1表示能量为第一预设值的高能电子的微分通量，FG表示所述同步轨道高能电子的积分通量数据。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述计算模型还用于计算能量大于第一预设值的高能电子的微分通量：
其中，Fm(E)表示能量为E的高能电子的微分通量，Fm1max表示能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述同步轨道高能电子的积分通量数据为同步轨道中能量大于第二预设值的高能电子的积分通量数据。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述第二预设值为所述第一预设值的二倍。
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述第一预设值为1MeV，所述第二预设值为2MeV。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述周期为24小时。
8.一种确定中轨道高能电子能谱的系统，其特征在于，包括：
获取模块，用于获取同步轨道高能电子的积分通量数据；
第一确定模块，用于根据所述同步轨道高能电子的积分通量数据，确定同周期内每次中轨道卫星穿越外辐射带中心区域过程中，能量为第一预设值的高能电子的微分通量；
第二确定模块，用于确定能量为第一预设值的高能电子的多个微分通量中的最大值；
第三确定模块，用于根据能量为第一预设值的高能电子的微分通量的最大值，确定能量大于第一预设值的高能电子的微分通量；
生成模块，用于根据得到的全部能量大于第一预设值的高能电子的微分通量生成中轨道高能电子能谱。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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