[发明专利]一种基于多时标粒子推动获得卫星表面电位的方法

摘要

本发明公开了一种基于多时标粒子推动获得卫星表面电位的方法,根据空间等离子体特性和卫星尺寸，对模拟空间实行不同区域采用不同网格尺寸的划分方法，即在卫星附近区域采用精细网格划分，在远离卫星区域采用粗网格划分，由此在保证一定计算精度的前提下，较大程度地节省了运算时间，较好的解决了地球静止轨道PIC表面带电仿真分析的计算效率和精度之间的矛盾；通过采用不同的时间步长分别推动电子和离子，在保证计算精度的前提下，能够节省近一半的计算量，提高了计算效率。

主权项

1.一种基于多时标粒子推动获得卫星表面电位的方法，其特征在于，包括下列步骤：步骤1、确定卫星所在位置的空间环境参数，并根据空间环境参数确定等离子体的德拜长度；步骤2、然后根据所述的德拜长度确定卫星周围的模拟空间的大小；模拟空间的半径至少等于所述德拜长度；步骤3、在模拟空间范围内，划分出N重相互重叠且逐渐减小的空间区域，N重空间区域均以卫星为中心，然后对每重空间区域进行网格划分，且第一至第N重空间区域的网格尺寸逐渐减小；步骤4、在模拟空间通过PIC方法获得各重空间区域的网格节点参量，包括：节点电荷量、电势和电场以及各带电粒子的位置和运动速度，然后根据第N重空间区域的网格节点参量获得卫星表面电位，所述带电粒子包括电子和离子，具体为：S42、令电子推动次数k＝0；S43、对于第一重空间区域，根据当前带电粒子的分布，获得每个网格节点的电荷量和电势，并结合该重空间区域的边界条件获得每个网格节点的电场；利用网格节点电场，获得下一电子时间步长初始时刻电子的位置和速度，将离子看作保持静止不动，则获得下一电子时间步长初始时刻带电粒子的分布；其中，电子时间步长Δt＝本步骤对应的网格尺寸/电子平均运动速度；S44、对于第二至第N重网格，根据已经获得的上一重空间区域内下一电子时间步长初始时刻带电粒子的分布，获得每个网格节点的电荷量和电势，并结合该网格区域的边界条件获得每个网格节点的电场；利用网格节点电场获得下一电子时间步长初始时刻电子的分布，将离子看作保持静止不动，则获得下一电子时间步长初始时刻带电粒子的分布；其中，所述该重空间区域的边界条件根据上一重空间区域中的节点电势确定；得到第N重空间区域的网格节点参量后，计算卫星表面电位；然后判断平衡条件是否满足：如果满足，输出卫星表面电位；如果不满足，k累计一次，并判断k值是否等于n，mi表示离子质量，me表示电子质量；如果不等于，执行S42至S44；如果等于，执行步骤S45；所述平衡条件为：本轮计算得到的网格节点的电荷量与上一轮得到的网格节点电荷量的差值是否小于设定阈值，如果小于，则满足平衡条件，如果大于或者等于，则不满足平衡条件；S45、对于第一重空间区域，根据S44中获得的网格节点电场，获得下一离子时间步长初始时刻离子的位置和速度，同时，根据S44中已经获得的电子的分布，获得下一离子时间步长初始时刻带电粒子的分布；其中，离子时间步长＝nΔt；S46、对于第二至第N重空间区域，根据已经获得的上一重空间区域内下一离子时间步长初始时刻带电粒子的分布，获得每个网格节点的电荷量和电势，并结合该重空间区域的边界条件获得每个网格节点的电场；利用网格节点电场获得下一离子时间步长初始时刻带电粒子的分布；S47、得到第N重空间区域的网格节点参量后，计算卫星表面电位；然后判断平衡条件是否满足：如果满足，输出卫星表面电位；如果不满足，执行S42至S47。