[发明专利]探测空间粒子可变采样快门时间的采样方法、系统及设备

说明书

本发明提供一种探测空间粒子可变采样快门时间的采样方法、系统及设备，所述方法包括：将采样快门时间按照时间片数划分，并于每一个时间片数检测存储器的存储量状态；当在经历第N个时间片数时检测到存储量状态为半满标识状态，采样快门时间为N×k，1≤N≤N_max，k为单个时间片的长度，N_max为最大时间片数；当第N_max个时间片数时检测存储量状态未达到半满标识状态，采样快门时间为N_max×k；在检测到存储量状态为半满标识状态或达到第N_max个时间片数时，停止采样，从存储器读取空间粒子信号，根据当前经历的时间片数、最大时间片数、当前经历的时间片数所记录的空间粒子数确定估算总粒子数。本发明能够实现动态调整采样快门时间，提高粒子探测中通量测量的动态范围，提高采样效率。

技术领域

本发明属于空间粒子探测技术领域，特别是涉及空间粒子辐射探测及效应监测领域技术领域，具体为一种探测空间粒子的可变采样快门时间的采样方法、系统及设备。

背景技术

空间高能带电粒子是威胁航天器在轨安全的重要空间环境因素。空间高能粒子通过剂量效应、单粒子效应和充放电效应等对航天器产生影响。为了认识航天器在轨时所面临的空间辐射环境的影响，保证在轨安全稳定运行，就需要进行空间辐射环境探测及效应监测。

空间粒子辐射具有高动态范围的特征。在探测采样快门选取上存在困难。例如：LEO卫星在通过南大西洋异常区时粒子辐射通量会很强，高达10⁵/cm2sr·sec以上，而到达其它区域则会很小，可能不到1/cm2sr·sec。如何选择几何因子与采样快门时间成为探测设备关键问题。在探测仪器设计上，合理地选择采样快门时间将可以节省硬件资源。

一般来说，几何因子为探测设备探头的固定参数，需要满足辐射通量的测量与设备探头及电路处理速度之间的矛盾。几何因子(GF)尽量考虑设备不至于在最高辐射通量条件下饱和，并留有大约一个量级的不确定性。GF的选取由下面公式获得：

其中：G为几何因子，单位为cm²sr；n_max为设备探头及电路每秒钟能够处理的最大粒子数，单位为sec^-1；j_max为预计空间最大辐射通量，单位为(cm²sr·sec)^-1。G为设备固定参数。

实际上设备探测数据还与采样快门时间有关，如下面公式所示：

C＝j·G·T_s；

其中：C为设备探测到的粒子计数；j为空间辐射通量，单位为(cm²sr·sec)^-1；T_s为采样快门时间，单位sec。一般来说，T_s小于等于采样周期时间(即获取数据的时间间隔)。

空间辐射通量j的动态范围很大，为5～6个量级以上。如果选择T_s太小，在高辐射区可以获得比较合理的粒子计数N。但在低辐射区域，N就会很小。在物理上，探测原理是通过测量N来推算空间辐射通量j。根据统计学原理，j的相对误差约为如果N太小就会带来很大的统计误差。甚至N可能因为小于1而探测不到存在的辐射。而这些通量较小的重离子可能是造成单粒子效应的主要原因。但因为探测不到造成分析错误。

如果选择T_s太大，对于空间辐射通量j较弱的地方可以实现有效探测，但是对于空间辐射通量j较强的地方则会获得较大的数值N，占用较大的信息处理资源，如运算、存储等。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种探测空间粒子的可变采样快门时间的采样方法、系统及设备，用于解决现有技术中由于空间粒子辐射通量动态范围较大，无法选取合适的采样快门时间的问题。