[发明专利]地球辐射带多轨道环境协同量化表征仿真方法及装置

说明书

本发明提供了一种地球辐射带多轨道环境协同量化表征仿真方法及装置，涉及空间飞行器仿真技术领域。本发明所述的地球辐射带多轨道环境协同量化表征仿真方法，包括：初始化参数，其中，所述参数包括任务开始时间、任务结束时间、仿真步长、导航卫星星座的轨道参数以及辐射带模型控制参数；从所述任务开始时间到所述任务结束时间为止，依次累加所述仿真步长得到各个仿真时刻，在各个所述仿真时刻下依次遍历每颗导航卫星，更新所述导航卫星的在轨运动状态数据；根据各个所述仿真时刻下的所述导航卫星的空间位置数据和所述辐射带模型控制参数确定对应的辐射环境量化表征数据。本发明能够对导航卫星所处的空间辐射环境进行量化表征。

技术领域

本发明涉及空间飞行器仿真技术领域，具体而言，涉及一种地球辐射带多轨道环境协同量化表征仿真方法及装置。

背景技术

由多颗人造地球卫星组成的空间卫星导航星座，可为陆、海、空和低地球轨道的导航接收机提供导航定位服务。导航卫星的星座中存在各种类型特征的轨道，星座中的卫星分布在低地球轨道、中高地球轨道和地球同步轨道上，距离地球的远近差异较大，且轨道倾角各不相同，在地球周围空间运行的范围有很大差异。

地球周围由于受到地球磁场的束缚，形成了大量相对稳定存在的高能带电粒子，称为地球辐射带，简称辐射带。在导航卫星上，为了实现导航功能，星上搭载了大量电子电路系统。辐射带会对在地球周围轨道上运行的卫星的星上电子设备造成影响甚至毁坏。空间带电粒子辐照对航天器的损伤效应涉及辐射损伤与深层介质充放电两方面。后者是高能电子穿入航天器内部，在电绝缘体中沉积电荷并最终导致电弧放电过程。辐射损伤效应可以是暂时性的，也可以是永久性的。当带电粒子的能量足够高时，单个粒子穿过便可能使电子器件的状态发生变化，称为单粒子事件，所产生的影响是使随机存储单元翻转，增加CCD器件的噪声，以及诱发各种错误信号等。在严重的情况下，单粒子事件会导致积分电路闭锁或烧毁，成为永久性损伤。

因此研究清楚导航卫星星座的空间辐射环境，对导航卫星的长期稳定运行具有重要意义和价值。

发明内容

本发明解决的问题是如何对导航卫星所处的空间辐射环境进行量化表征。

为解决上述问题，本发明提供一种地球辐射带多轨道环境协同量化表征仿真方法，包括：初始化参数，其中，所述参数包括任务开始时间、任务结束时间、仿真步长、导航卫星星座的轨道参数以及辐射带模型控制参数；从所述任务开始时间到所述任务结束时间为止，依次累加所述仿真步长得到各个仿真时刻，在各个所述仿真时刻下依次遍历每颗导航卫星，更新所述导航卫星的在轨运动状态数据；根据各个所述仿真时刻下的所述导航卫星的空间位置数据和所述辐射带模型控制参数确定对应的辐射环境量化表征数据。

可选地，所述导航卫星星座的轨道参数包括开普勒轨道参数，所述开普勒轨道参数包括半长轴、偏心率、倾角、升交点赤经、近地点幅角和真近点角。

可选地，所述地球辐射带多轨道环境协同量化表征仿真方法还包括：根据卫星轨道外推模型和上一仿真时刻的空间位置数据确定下一仿真时刻的空间位置数据。

可选地，所述卫星轨道外推模型包括HPOP轨道计算模型，所述HPOP轨道计算模型内嵌地球重力模型，固体潮、海潮模型，大气阻力模型，太阳光压模型以及太阳、月亮引力场模型。

可选地，所述辐射带模型控制参数对应的辐射带模型包括AE-8和AP-8模型。

可选地，所述辐射带模型控制参数包括太阳极大年、太阳极小年选项，模型计算的粒子能级个数与对应的粒子能级，以及模型计算结果的辐射积分通量或微分通量选项。

可选地，所述仿真时刻采用儒略日表示。

本发明所述的地球辐射带多轨道环境协同量化表征仿真方法，以时间为基础，对导航卫星所处的空间辐射环境进行量化表征，有利于导航卫星的长期稳定运行。

本发明还提供一种地球辐射带多轨道环境协同量化表征仿真装置，包括：