【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及空间环境探测，特别涉及一种探测中高层大气密度的分段拟合反演方法及系统。
技术介绍
1、60-250km中高层大气密度全球探测对于地球圈层耦合能量传输机制研究，以及空天飞行器的设计、飞行控制等具有极其重要的价值。近年来中国科学院国家空间科学中心利用x射线掩星/掩日手段突破了中高层大气密度层析探测技术。该探测技术利用临近空间大气密度对天体x射线吸收衰减的特性，通过卫星平台，采用掩日/掩星探测方式，实现对全球临近空间大气密度探测。该技术实施过程中需要通过拟合反演大气密度，拟合过程中通常面临以下问题：拟合参数较多，时间复杂度大；不同海拔高度处的垂直分辨率需要根据卫星的采样间隔调整；大气密度反演的结果需要具有连续性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服现有技术拟合参数较多，时间复杂度大的缺陷。
2、为了实现上述目的，本申请提出了一种探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，包括：
3、步骤1)将大气层均匀分层，生成细网格，利用大气模型计算细网格中各层的大气密度，设置大气密度修正因子的初始值为1；
4、步骤2)将大气层均匀分段，生成若干个子区域，相邻子区域的海拔高度有交叠；
5、步骤3)遍历每个子区域，筛选出切点高度位于子区域内的卫星实测数据点，对子区域划分粗网格，将粗网格顶点处的大气密度修正因子作为该子区域大气密度拟合反演参数，通过插值生成并替换细网格的大气密度修正因子，对子区域的大气密度进行拟合求解；
6、步骤4
7、作为上述方法的一种改进，步骤2)中第i个子区域的上限和下限分别为hupi和hdowni，相邻的第i个子区域和第i+1个子区域的高度有部分交叠，即满足hupi>hupi+1,hdowni<hupi+1。
8、作为上述方法的一种改进，所述步骤3)中，筛选出切点高度位于子区域内的卫星实测数据点，切点高度hj满足以下条件：hdowni≤hj≤hupi。
9、作为上述方法的一种改进，所述步骤3)中，粗网格的间距为预期垂直分辨率，由该子区域内数据点的卫星实测数据点的高度间隔决定。
10、作为上述方法的一种改进，所述细网格的划分间隔由预期垂直分辨率决定，比预期垂直分辨率小一个数量级。
11、作为上述方法的一种改进，所述步骤3)中，将粗网格顶点处的大气密度修正因子作为该子区域大气密度拟合反演参数，通过插值生成并替换细网格的大气密度修正因子，对子区域的大气密度进行拟合求解；包括：
12、步骤s1)将顶点粗网格处的大气密度修正因子作为该子区域大气密度拟合反演参数；
13、步骤s2)对粗网格进行线性插值生成并替换细网格中相应子区域的大气密度值修正因子γk；
14、步骤s3)计算卫星实测数据点的透过率，结合切点高度h，由掩日率函数计算出模型计算值t0(h)：
15、t0(h)＝e-τ(h)
16、
17、其中，lk(h)表示光线在第k层细网格大气中传播的距离，ns0(hk)表示第k层细网格大气中s成分的数密度，σs(e)表示s成分的吸收截面，e表示x射线光子的能量；hk表示细网格每层海拔高度；
18、步骤s4)根据模型计算值和筛选出的卫星实测数据点计算对数泊松似然函数得到c统计；
19、步骤s5)调整γk，重复步骤s2)-步骤s4)，直至c统计最大，得到子区域内最优拟合参数，并对细网格修正因子γk进行更新。
20、作为上述方法的一种改进，所述步骤s4)中，c统计计算公式为：
21、
22、其中，dj＝tj(hj)为第j个卫星实测数据点的透过率拟合值，mj＝t0(hj)为第j个卫星实测数据点的透过率模型计算值。
23、作为上述方法的一种改进，所述第j个卫星实测数据点的透过率拟合值，计算方法为：
24、
25、其中，ij表示卫星记录的经大气衰减的太阳辐射强度，i0表示卫星记录的未经衰减的太阳辐射强度。
26、本专利技术还提供一种探测中高层大气密度的分段拟合反演系统，基于上述方法实现，所述系统包括：
27、划分细网格模块，用于将大气层均匀分层，生成细网格，利用大气模型计算细网格中各层的大气密度，设置大气密度修正因子的初始值为1；
28、划分子区域模块，用于将大气层均匀分段，生成若干个子区域，相邻子区域的海拔高度有交叠；
29、拟合子区域大气密度模块，用于遍历每个子区域，筛选出切点高度位于子区域内的卫星实测数据点，对子区域划分粗网格，将粗网格顶点处的大气密度修正因子作为该子区域大气密度拟合反演参数，通过插值生成并替换细网格的大气密度修正因子，对子区域的大气密度进行拟合求解；和
30、计算密度廓线模块，用于分别完成对每个子区域的大气密度求解，得到整个大气层的密度廓线。
31、与现有技术相比，本专利技术的优势在于：
32、本专利技术设计了一种分段拟合的反演计算方法，能够提高计算速度，实现分辨率的动态调整，同时保证了反演结果的连续性。
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1.一种探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，包括：
2.根据权利要求1所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，步骤2)中第i个子区域的上限和下限分别为hupi和hdowni，相邻的第i个子区域和第i+1个子区域的高度有部分交叠，即满足hupi>hupi+1,hdowni<hupi+1。
3.根据权利要求1所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，所述步骤3)中，筛选出切点高度位于子区域内的卫星实测数据点，切点高度Hj满足以下条件：hdowni≤Hj≤hupi。
4.根据权利要求3所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，所述步骤3)中，粗网格的间距为预期垂直分辨率，由该子区域内数据点的卫星实测数据点的高度间隔决定。
5.根据权利要求4所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，所述细网格的划分间隔由预期垂直分辨率决定，比预期垂直分辨率小一个数量级。
6.根据权利要求4所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，所述步骤3)中，将粗网格顶点处
7.根据权利要求6所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，所述步骤S4)中，C统计计算公式为：
8.根据权利要求7所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，所述第j个卫星实测数据点的透过率拟合值，计算方法为：
9.一种探测中高层大气密度的分段拟合反演系统，基于权利要求1-8任一所述方法实现，其特征在于，所述系统包括：
...【技术特征摘要】
1.一种探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，包括：
2.根据权利要求1所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，步骤2)中第i个子区域的上限和下限分别为hupi和hdowni，相邻的第i个子区域和第i+1个子区域的高度有部分交叠，即满足hupi>hupi+1,hdowni<hupi+1。
3.根据权利要求1所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，所述步骤3)中，筛选出切点高度位于子区域内的卫星实测数据点，切点高度hj满足以下条件：hdowni≤hj≤hupi。
4.根据权利要求3所述的探测中高层大气密度的分段拟合反演方法，其特征在于，所述步骤3)中，粗网格的间距为预期垂直分辨率，由该子区域内数据点的卫星实测数据点的高度间隔决定。
5.根据权利要求4所述的探测...
【专利技术属性】
技术研发人员：高正阳，李保权，
申请(专利权)人：中国科学院国家空间科学中心，
类型：发明
国别省市：
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