一种利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法技术

本发明专利技术提供了一种利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法，所述方法包括：步骤1)获取在轨飞行的空间离子探测器遭受空间离子入射后在每片传感器的能量沉积结果；步骤2)根据在轨飞行器的地磁纬度计算其所处位置的地磁截止刚度，同时计算选定空间离子电荷数，由此计算空间离子探测器所探测到的最小离子能量，根据最小离子能量利用蒙特卡罗方法计算空间离子在每片传感器内的能量沉积；步骤3)利用步骤1)的每片传感器的能量沉积的测量结果和步骤2)计算出的空间离子在每片传感器内的能量沉积，计算空间离子探测器的测量误差；步骤4)利用测量误差对空间离子探测器进行定标。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及卫星在轨空间辐射环境监测
，尤其涉及一种利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法。
技术介绍
空间离子是空间辐射环境最重要的构成，也是对卫星安全、航天活动造成威胁的直接因素之一。空间带电粒子是空间环境研究中的主要研究对象。带电粒子探测已有几十年的历史，目前对空间带电粒子的认识已有一定的基础，但是随着空间科学研究的深入、航天技术的广泛渗透，人类对空间带电粒子及其效应的认识不断跨越新台阶，也不断对空间离子探测器的准确性、分辨率等提出新的要求。为了确保空间离子探测器的准确性、分辨率等指标达到要求，不仅需要在发射前进行地面定标，还需要在飞行器入轨后对其进行测试定标。由于在地球空间存在着地磁场的偏转和约束效应，导致空间带电粒子分布呈现出各向异性，并且在不同高度、不同经纬度地球的离子能谱也不同，进而使带电粒子对卫星的辐射效应也存在着各向差异。地磁场使来自于宇宙的空间离子偏转，造成高能离子无法进入地球低轨道，且不同位置对于空间离子偏转能力也不相同，偏转能力通常采用地磁刚度进行描述。当来自于宇宙的空间离子小于空间位置处的地磁刚度，则低于地磁刚度对应能量的离子将无法到达，刚度对应的离子能量将是到达位置处的最低能量离子，当地磁场位形保持稳定则其刚度将保持稳定，其最低能量离子也将保持稳定。目前空间离子探测的在轨飞行阶段的测试定标采用交叉定标或者携带放射源两种方法。交叉定标方法需要寻找另外的接受相同或相近离子源照射的空间离子探测仪器进行比对测试，当没有其它探测仪器时该方法无法使用。携带放射源方法需要在整个飞行过程都携带放射源，存在着增加仪器复杂度的问题。专利
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服目前卫星空间离子探测仪器在轨定标存在的上述问题，提供了一种利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法，该方法利用宇宙线离子在进入地球空间以后，由于受到地球磁场的作用而发生偏转，导致低能量的离子无法进入，地球磁场的这种能力被称之为地球截止刚度，当地球空间环境稳定的情况下，地球磁场位形也将保持稳定，地球截止刚度也将保持稳定，此时可以到达地球上空特定位置的空间宇宙线离子能量保持稳定，而且其能量可以进行量化，利用宇宙线最近低能量的上述特点，可以用来对空间离子探测器进行定标。为实现上述目的，本专利技术提出了一种利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法，所述方法包括：步骤1)获取在轨飞行的空间离子探测器遭受空间离子入射后在每片传感器的能量沉积结果ΔEi；步骤2)根据在轨飞行器的地磁纬度计算其所处位置的地磁截止刚度，同时计算选定空间离子电荷数，由此计算空间离子探测器所探测到的最小离子能量，根据最小离子能量利用蒙特卡罗方法计算空间离子在每片传感器内的能量沉积δEi；步骤3)利用步骤1)的每片传感器的能量沉积的测量结果和步骤2)计算出的空间离子在每片传感器内的能量沉积，计算空间离子探测器的测量误差：ϵi=|ΔEi-δEiδEi|×100%]]>步骤4)利用测量误差对空间离子探测器进行定标。上述技术方案中，所述步骤2)具体包括：步骤201)根据在轨飞行器的地理经度、地理纬度和高程数据计算其所处位置的地磁纬度：φ＝π/2-arccos(sinθ×sinθ0+cosθ×cosθ0×cos(λ-λ0))(1)其中，φ为在轨飞行器的地磁纬度，θ和λ为在轨飞行器的地理纬度和地理经度，θ0和λ0为地磁北极纬度和地磁北极经度，单位均为弧度；h为在轨飞行器的高程；步骤202)根据步骤201)计算出的地磁纬度计算空间离子探测器的地磁截止刚度：Rc＝(59.6cos4φ)(r+h)-2[1+(1-cosXcos3φ)1/2]-2(2)其中，Rc为地磁截止刚度；r为地球半径，X为空间离子探测器视场与所在位置西方的夹角；步骤203)选定空间离子的类型，并计算出空间离子电荷数q：q＝0.98+1.45×ln(Z)+0.78×[ln(Z)]2(3)其中，q为空间离子所带的电荷数，Z为选定的空间离子的原子系数；步骤204)根据步骤202)计算出地磁截止刚度和步骤203)计算出的空间离子电荷数计算空间离子探测器所探测到的最小离子能量：Ec=[(q×RcA)2+E02]1/2-E0---(4)]]>其中，E0＝0.938GeV，A为空间离子的原子质量；Ec为可测量到离子的最小能量；步骤205)根据步骤204)计算出的最小离子能量，利用蒙特卡罗方法计算其在第i片传感器内的能量沉积δEi。上述技术方案中，所述空间离子探测器的传感器类型为半导体或闪烁体。本专利技术的优点在于：1、专利技术的方法可以对在轨飞行的空间离子探测仪器进行定标，避免了放射源安装和管理的问题，便于在仪器研制、在轨管理及数据应用等阶段进行应用；2、本专利技术的定标方法适合于在轨飞行器上各类传感器的空间离子探测器定标。附图说明图1为本专利技术的利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法的流程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术的方法进行详细说明。如图1所示，一种利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法，所述方法包括如下步骤：步骤1)获取在轨飞行的空间离子探测器遭受空间离子入射后在每片传感器测量的能量沉积结果ΔEi；第i片传感器的能量沉积测量结果记为ΔEi，单位MeV；所述空间离子探测器的传感器类型为半导体或闪烁体。步骤2)计算空间离子在每片传感器内的能量沉积；具体包括：步骤201)根据在轨飞行器的地理经度、地理纬度和高程数据计算其所处位置的地磁纬度：φ＝π/2-arccos(sinθ×sinθ0+cosθ×cosθ0×cos(λ-λ0))(1)其中，φ为在轨飞行器的地磁纬度，θ和λ为在轨飞行器的地理纬度和地理经度，其中，地球南北极、南大西洋上空为异常区域；θ0和λ0为地磁北极纬度和地磁北极经度，单位均为弧度；h为在轨飞行器的高程，单位为米。步骤202)计算空间离子探测器的地磁截止刚度：Rc＝(59.6cos4φ)(r+h)-2[1+(1-cosXcos3φ)1/2]-2(2)其中，Rc为地磁截止刚度，单位为GeV；r为地球半径，单位为米；X为空间离子探测器视场与所在位置西方的夹角。步骤203)选定空间离子的类型，并计算出空间离子电荷数q：q＝0.98+1.45×ln(Z)+0.78×[ln(Z)]2(3)其中，q为空间离子所带的电荷数，Z为选定的空间离子的原子系数。选定离子的原子系数小于30，避免原子系数过高而通量极低而能量高。步骤204)根据步骤202)计算出地磁截止刚度和步骤203)计算出的空间离子电荷数计算空间离子探测器所探测到的最小离子能量：Ec=[(q×RcA)2+E02]1/2-E0---(4)]]>其中，E0＝0.938GeV，A为空间离子的原子质量。Ec也为空间离子探测器测量到的最小能量步骤205)根据步骤204)计算出的最小离子能量，利用蒙特卡罗方法计算空间离子在第i片传感器内的能量沉积δEi；在本实施例中，当计算出氦(He)离子的最小能量为400MeV时，利用蒙特卡罗方法在连续3片1mm的硅(Si)传感器内的得到的能量沉积依次为5.69MeV、5.75MeV和5.81MeV。步骤3)利用本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法，所述方法包括：步骤1)获取在轨飞行的空间离子探测器遭受空间离子入射后在每片传感器的能量沉积结果ΔEi；步骤2)根据在轨飞行器的地磁纬度计算其所处位置的地磁截止刚度，同时计算选定空间离子电荷数，由此计算空间离子探测器所探测到的最小离子能量，根据最小离子能量利用蒙特卡罗方法计算空间离子在每片传感器内的能量沉积δEi；步骤3)利用步骤1)的每片传感器的能量沉积的测量结果和步骤2)计算出的空间离子在每片传感器内的能量沉积，计算空间离子探测器的测量误差：ϵi=|ΔEi-δEiδEi|×100%]]>步骤4)利用测量误差对空间离子探测器进行定标。

【技术特征摘要】
1.一种利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法，所述方法包括：步骤1)获取在轨飞行的空间离子探测器遭受空间离子入射后在每片传感器的能量沉积结果ΔEi；步骤2)根据在轨飞行器的地磁纬度计算其所处位置的地磁截止刚度，同时计算选定空间离子电荷数，由此计算空间离子探测器所探测到的最小离子能量，根据最小离子能量利用蒙特卡罗方法计算空间离子在每片传感器内的能量沉积δEi；步骤3)利用步骤1)的每片传感器的能量沉积的测量结果和步骤2)计算出的空间离子在每片传感器内的能量沉积，计算空间离子探测器的测量误差：ϵi=|ΔEi-δEiδEi|×100%]]>步骤4)利用测量误差对空间离子探测器进行定标。2.根据权利要求1所述的利用地磁刚度进行空间离子探测器定标的方法，其特征在于，所述步骤2)具体包括：步骤201)根据在轨飞行器的地理经度、地理纬度和高程数据计算其所处位置的地磁纬度：φ＝π/2-arccos(sinθ×sinθ0+cosθ×cosθ0×cos(λ-λ0))(1)其中，φ为在轨飞行器的地磁纬度，θ和λ为在轨飞行器的地理纬度和地理经度，θ0和λ0为地磁北极...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨垂柏，荆涛，张斌全，张珅毅，曹光伟，孔令高，梁金宝，
申请(专利权)人：中国科学院空间科学与应用研究中心，
类型：发明
国别省市：北京;11