[发明专利]一种基于有限差分的卫星深层充电评估的电场计算方法

权利要求书

1.一种基于有限差分的用于评估卫星深层充电后危害的介质内电场强度的计算方法，其特征在于，包括：

步骤1：将卫星内部或者外部需要评估的介质结构抽样成平板结构或同轴型结构，均包含有遮挡、介质及被层或芯柱，并给出介质厚度值；

步骤2：将介质内部空间进行剖分，平板型介质结构的内部剖分为等高线，同轴型结构的内部剖分为同心圆，不同层数之间的间距差别小于50％。

步骤3：以预定格式的读入介质的初始条件和边界条件，包括最初介质内的电场分布和边界电位值；

步骤4：以预定格式的读入空间高能电子的数据，可以是卫星实测粒子数据或辐射带粒子模型数据，诸如风云二号卫星实测数据或AE8辐射粒子模型数据。

步骤5：利用线性沉淀法公式，这对步骤4所读入的数据，计算每个时刻的不同能段在介质内的通量-深度和剂量率-深度的对应关系，并最后求得所有能段的总通量和总剂量率分布关系；

步骤6：依据步骤2的介质分层参数和步骤3给出电场和电位的初始值和边界值，并根据步骤5中所计算出来的每个时刻的通量-深度对应关系和剂量率-深度的对应关系，利用以下方程组来获得介质中的电荷密度和电场分布：

ρ ( i , t ) = ρ ( i , t - 1 ) ( exp ( - d t ) τ ( i , t ) ) + q · ( i , t ) σ ( i , t ) ( 1 - exp ( - d t τ ( i , t ) ) ) - - - ( 1 ) ]]>

1 d x · ϵ ( φ ( i + 1 ) - φ ( i ) x ( i + 1 ) - x ( i ) - φ ( i ) - φ ( i - 1 ) x ( i ) - x ( i - 1 ) ) = - ρ ( i , t ) - - - ( 2 ) ]]>

σ ( i ) = σ 0 + σ D = σ 0 + k × D ( i ) Δ · - - - ( 3 ) ]]>

E(i+1/2)＝(φ(i+1)-φ(i))/(x(i+1)-x(i)) (4)

其中,ρ(i,t)为i深度处t时刻的总电荷密度；为i深度处t时刻电子束流在介质中由通量-深度对应关系得出的电荷注入率；φ(i+1)、φ(i)及φ(i-1)为x(i+1)、x(i)及x(i-1)深度处的介质内部深度值；E(i+1/2)为介质内部的x(i+1/2)位置处的电场强度,x(i+1/2)为x(i+1)和x(i)之间的位置；τ(i,t)和σ(it)分别为t时刻的x(i)深度处介质的时间常数和介质电导率，dt为计算时间步长,σ0为介质本征电导率，σD为辐射诱发电导率，k和Δ为辐射诱发电导率的系数和指数，为剂量率-深度对应关系；

步骤7：根据步骤6中的计算结果，整理所有时刻的介质内电场分布，以获得每个时刻电场强度最大值Et,max。

步骤8：采用步骤7中得到的每个时刻介质内电场强度最大值Et,max，分析在整个待评估的时间段内所有时刻的介质内电场强度最大值，将其与介质所能承受的放电电场强度最大阈值进行比较，如果大于该阈值，则放电风险较大，否则放电风险小。