一種通信衛(wèi)星輻射劑量的三維分析方法技術(shù)

一種通信衛(wèi)星輻射劑量的三維分析方法，步驟為：(1)將各衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備的三維模型賦予參數(shù)信息；(2)獲得相應(yīng)單機(jī)設(shè)備三維模型的體積，結(jié)合質(zhì)量獲得三維模型對應(yīng)單機(jī)設(shè)備的密度；(3)將各單機(jī)設(shè)備的三維模型簡化為長方體；(4)選取長方體簡化模型的質(zhì)心或者幾何中心作為劑量點，然后以劑量點為球心，將全向空間使用圓柱體進(jìn)行均勻劃分；(5)計算各子空間屏蔽面密度和等效鋁厚度；(6)計算得到指定劑量點的輻射總劑量；(7)對全向空間的屏蔽面密度進(jìn)行顯示。本發(fā)明專利技術(shù)方法緊密結(jié)合衛(wèi)星三維布局模型，可以反應(yīng)同一劑量點在不同空間入射方向上的不同屏蔽效果，也可以反應(yīng)不同劑量點在全向空間的不同屏蔽效果，使得分析結(jié)果更接近真實情況。

【技術(shù)實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術(shù)屬于衛(wèi)星空間環(huán)境分析領(lǐng)域，涉及一種衛(wèi)星在空間環(huán)境下輻射劑量的三維分析方法。
技術(shù)介紹
對通信衛(wèi)星產(chǎn)生電離總劑量效應(yīng)的空間帶電粒子輻射，主要有地球輻射帶捕獲電子、地球輻射帶捕獲質(zhì)子和太陽耀斑質(zhì)子三種輻射源。這些帶電粒子與衛(wèi)星所使用的電子元器件及材料相互作用，可產(chǎn)生電離總劑量效應(yīng)、位移損傷效應(yīng)、單粒子效應(yīng)、表面充/放電效應(yīng)、內(nèi)帶電效應(yīng)等空間輻射效應(yīng)，對衛(wèi)星及其分系統(tǒng)、設(shè)備、元器件、材料的性能或功能產(chǎn)生影響，嚴(yán)重時甚至可造成功能完全損失。因此，有必要對衛(wèi)星上的指定劑量點進(jìn)行輻射劑量分析，一方面作為總體優(yōu)化設(shè)備布局的依據(jù)，另一方面作為單機(jī)設(shè)備開展進(jìn)一步輻射劑量分析的依據(jù)。以往的衛(wèi)星輻射劑量分析主要是一維分析，即將衛(wèi)星所在空間簡化為所有方向上均勻厚度的實心球殼模型，根據(jù)衛(wèi)星在軌位置，通過不同能量粒子的一維輸運分析，得到深度-劑量曲線，如圖1所示，通過查找深度-劑量曲線獲得劑量點的輻射總劑量。但是，在實際的衛(wèi)星布局中，劑量點在不同空間入射方向上的屏蔽各不相同，不同劑量點在全向空間的屏蔽狀況也各不相同。所以，一維輻射劑量分析難以體現(xiàn)出劑量點在不同方向上的差異，僅是一種定性的分析方法，無法用來指導(dǎo)衛(wèi)星總劑量防護(hù)設(shè)計，所以，有必要根據(jù)衛(wèi)星三維模型，綜合考慮衛(wèi)星的實際布局情況，對指定劑量點進(jìn)行更進(jìn)一步的三維分析。
技術(shù)實現(xiàn)思路
本專利技術(shù)解決的技術(shù)問題是：為了克服現(xiàn)有輻射劑量一維分析的不足，提供了一種緊密結(jié)合衛(wèi)星三維布局模型的輻射劑量三維分析方法，可以反應(yīng)同一劑量點在不同空間入射方向上的不同屏蔽效果，也可以反應(yīng)不同劑量點在全向空間的不同屏蔽效果，使得分析結(jié)果更接近真實情況。本專利技術(shù)的技術(shù)解決方案是：一種通信衛(wèi)星輻射劑量的三維分析方法，包括如下步驟：(1)根據(jù)衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備外形圖，將各衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備的三維模型賦予參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量；若衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備沒有質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量信息，則僅記錄其質(zhì)量信息；(2)對于已經(jīng)被賦予參數(shù)信息的衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備，直接讀取其質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量信息，獲得相應(yīng)單機(jī)設(shè)備三維模型的體積，并結(jié)合質(zhì)量信息獲得三維模型對應(yīng)單機(jī)設(shè)備的密度；對于僅有質(zhì)量信息的單機(jī)設(shè)備，通過三維設(shè)計工具獲得其三維模型的體積，并結(jié)合質(zhì)量信息獲得三維模型對應(yīng)單機(jī)設(shè)備的密度；(3)將各單機(jī)設(shè)備的三維模型簡化為長方體；(4)選取長方體簡化模型的質(zhì)心或者幾何中心作為劑量點，然后以劑量點為球心，將全向空間使用具有一定半徑的圓柱體進(jìn)行均勻劃分；(5)計算全向空間各子空間屏蔽面密度和等效鋁厚度；(6)計算得到指定劑量點的輻射總劑量；(7)對全向空間的屏蔽面密度進(jìn)行顯示。優(yōu)選的，所述步驟(3)中將各單機(jī)設(shè)備的三維模型簡化為長方體的方法為：X=6(Iyy+Izz-Ixx)m]]>Y=6(Ixx+Izz-Iyy)m]]>Z=6(Ixx+Iyy-Izz)m]]>其中X、Y、Z分別為三維模型簡化后長方體的長、寬、高，Ixx、Iyy、Izz分別是三維模型繞X軸、Y軸以及Z軸的主慣量，m為三維模型所代表單機(jī)設(shè)備的質(zhì)量。優(yōu)選的，所述的步驟(4)中將全向空間劃分為10000個子空間。優(yōu)選的，所述的步驟(5)中計算子空間屏蔽面密度的方法為：在子空間內(nèi)，計算代表該子空間的圓柱體與衛(wèi)星上所有單機(jī)設(shè)備的三維模型穿透的體積，之后根據(jù)所穿透的每個單機(jī)設(shè)備三維模型的密度以及圓柱體的截面積，計算得到此子空間的屏蔽面密度，即密度乘以截面積。優(yōu)選的，所述的步驟(5)中計算子空間等效鋁厚度的方法為：H=ρ2.7×10-3]]>其中ρ為子空間屏蔽面密度，單位為g/mm3，H為計算得出的等效鋁厚度，單位為mm。優(yōu)選的，所述的步驟(6)中計算指定劑量點的輻射總劑量的方法為：根據(jù)得到的各子空間的等效鋁厚度，依據(jù)一維的深度-劑量曲線，首先得到各子空間的輻射劑量；然后對各個子空間的輻射劑量進(jìn)行疊加，并根據(jù)子空間的個數(shù)對疊加值取平均，即得到劑量點處總的輻射劑量值。本專利技術(shù)與現(xiàn)有技術(shù)相比的優(yōu)點在于：本專利技術(shù)方法基于衛(wèi)星三維布局模型進(jìn)行輻射分析，綜合考慮了衛(wèi)星結(jié)構(gòu)板、星上儀器設(shè)備、星上電纜網(wǎng)等的實際布局，分析結(jié)果更接近真實情況；采用本專利技術(shù)方法，能夠獲得指定劑量點在不同空間入射方向上的輻射劑量，以及任意劑量點的輻射總劑量。根據(jù)任一方向的輻射劑量，設(shè)計師可以有針對性的在指定的方向上對設(shè)備進(jìn)行加固，或?qū)⒃O(shè)備放置在合理的布局位置上；同時，設(shè)計師還可以據(jù)此判斷設(shè)備的布局以及設(shè)備采取的加固措施是否滿足總劑量要求。附圖說明圖1為一維深度-劑量曲線圖，圖中的“屏蔽厚度”即為等效鋁厚度；圖2為本專利技術(shù)方法的流程框圖；圖3本專利技術(shù)實施例中各個子空間屏蔽面密度三維示意圖。具體實施方式下面結(jié)合附圖，詳細(xì)介紹本專利技術(shù)的實施過程，具體流程如圖2。本專利技術(shù)的實施步驟如下：(1)衛(wèi)星三維模型處理在衛(wèi)星布局開始前，需利用三維設(shè)計軟件的二次開發(fā)功能，根據(jù)設(shè)備外形圖，將各單機(jī)設(shè)備的三維模型賦予參數(shù)信息(質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量)。這些參數(shù)是后續(xù)三維模型簡化和計算屏蔽面密度的輸入。另外，若無質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量等參數(shù)，僅有產(chǎn)品配套表(包括設(shè)備代號和設(shè)備質(zhì)量)，可對整星三維模型進(jìn)行遍歷，通過設(shè)備代號將配套表和對應(yīng)的三維模型進(jìn)行關(guān)聯(lián)，之后自動提取每臺設(shè)備對應(yīng)的質(zhì)量，存儲在數(shù)據(jù)庫中。(2)三維模型信息提取三維模型信息提取功能設(shè)計如下：對于已經(jīng)被賦予參數(shù)信息的設(shè)備，直接讀取其信息(質(zhì)量、質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量)，之后獲得每個三維模型的體積，再根據(jù)讀取得到的質(zhì)量計算三維模型對應(yīng)設(shè)備的密度。若設(shè)備無上述信息，可調(diào)用數(shù)據(jù)庫中存儲的質(zhì)量參數(shù)，之后利用三維設(shè)計軟件的二次開發(fā)功能，獲得每個三維模型的體積，并利用質(zhì)量和體積獲得三維模型對應(yīng)設(shè)備的密度。對模型賦予參數(shù)是衛(wèi)星布局前的必備工作，賦予參數(shù)的工作的目的，是為了定義模型，這些模型經(jīng)過定義后，就可以進(jìn)行輻射劑量分析，以及進(jìn)行其他的總裝設(shè)計。(3)三維模型的簡化為了提高輻射劑量分析的速度，可將設(shè)備模型進(jìn)行一定程度的簡化，即去掉電連接器插座、耳片、結(jié)構(gòu)凸出物等體積占比5％以下、對輻射劑量分析無影響的部分，將不規(guī)則形狀的模型簡化為長方體。可根據(jù)步驟(2)提取得到的質(zhì)心、轉(zhuǎn)動慣量計算得到模型的長、寬、高信息(見式1)，從而快速建立簡化模型。X=6(Iyy+Izz-Ixx)m]]>Y=6(Ixx+Izz-Iyy)mZ=6(Ixx+Iyy-Izz)m---(1)]]>式(1)中X、Y、Z分別為模型簡化后的長、寬、高，Ixx、Iyy、Izz分別是模型繞X軸、Y軸以及Z軸的主慣量，m為模型的質(zhì)量。(4)指定劑量點全向空間劃分劑量點的設(shè)置，一般選擇所分析設(shè)備模型的質(zhì)心或幾何中心處。可通過三維設(shè)計軟件的二次開發(fā)自動獲取質(zhì)心位置，也可手動設(shè)置劑量點坐標(biāo)。以劑量點為球心，將全向空間(4π立體角空間)使用具有一定半徑的圓柱體(圓柱體半徑越小，計算越接近實際情況，在此取圓柱體直徑為1mm，此數(shù)值已滿足工程應(yīng)用要求)進(jìn)行均勻劃分。劃分的空間越密集，計算越接近實際情況，但劃分密集使得計算的時間相應(yīng)延長。經(jīng)綜合考慮，將全向空間劃分為10000個子空間，在兼顧運算時間的情況下，能夠滿足工程應(yīng)用的要求。(5)計算全向空間各子空間屏蔽面密度和等效鋁厚度在步驟(4)劃分的各個子空間內(nèi)，計算代表該子空間的圓柱體與衛(wèi)星上所有設(shè)備的三維模型穿本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術(shù)保護(hù)點】
一種通信衛(wèi)星輻射劑量的三維分析方法，其特征在于包括如下步驟：(1)根據(jù)衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備外形圖，將各衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備的三維模型賦予參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量；若衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備沒有質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量信息，則僅記錄其質(zhì)量信息；(2)對于已經(jīng)被賦予參數(shù)信息的衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備，直接讀取其質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量信息，獲得相應(yīng)單機(jī)設(shè)備三維模型的體積，并結(jié)合質(zhì)量信息獲得三維模型對應(yīng)單機(jī)設(shè)備的密度；對于僅有質(zhì)量信息的單機(jī)設(shè)備，通過三維設(shè)計工具獲得其三維模型的體積，并結(jié)合質(zhì)量信息獲得三維模型對應(yīng)單機(jī)設(shè)備的密度；(3)將各單機(jī)設(shè)備的三維模型簡化為長方體；(4)選取長方體簡化模型的質(zhì)心或者幾何中心作為劑量點，然后以劑量點為球心，將全向空間使用具有一定半徑的圓柱體進(jìn)行均勻劃分；(5)計算全向空間各子空間屏蔽面密度和等效鋁厚度；(6)計算得到指定劑量點的輻射總劑量；(7)對全向空間的屏蔽面密度進(jìn)行顯示。

【技術(shù)特征摘要】
1.一種通信衛(wèi)星輻射劑量的三維分析方法，其特征在于包括如下步驟：(1)根據(jù)衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備外形圖，將各衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備的三維模型賦予參數(shù)信息，所述的參數(shù)信息包括質(zhì)量、質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量；若衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備沒有質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量信息，則僅記錄其質(zhì)量信息；(2)對于已經(jīng)被賦予參數(shù)信息的衛(wèi)星單機(jī)設(shè)備，直接讀取其質(zhì)心和轉(zhuǎn)動慣量信息，獲得相應(yīng)單機(jī)設(shè)備三維模型的體積，并結(jié)合質(zhì)量信息獲得三維模型對應(yīng)單機(jī)設(shè)備的密度；對于僅有質(zhì)量信息的單機(jī)設(shè)備，通過三維設(shè)計工具獲得其三維模型的體積，并結(jié)合質(zhì)量信息獲得三維模型對應(yīng)單機(jī)設(shè)備的密度；(3)將各單機(jī)設(shè)備的三維模型簡化為長方體；(4)選取長方體簡化模型的質(zhì)心或者幾何中心作為劑量點，然后以劑量點為球心，將全向空間使用具有一定半徑的圓柱體進(jìn)行均勻劃分；(5)計算全向空間各子空間屏蔽面密度和等效鋁厚度；(6)計算得到指定劑量點的輻射總劑量；(7)對全向空間的屏蔽面密度進(jìn)行顯示。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種通信衛(wèi)星輻射劑量的三維分析方法，其特征在于：所述步驟(3)中將各單機(jī)設(shè)備的三維模型簡化為長方體的方法為：X=6(Iyy+Izz-Ixx)m]]>Y=6(Ixx+Izz-Iyy)m]]>Z=6(Ixx+Iyy-Izz)m]]>其中X、Y、Z分別為三維模型簡化后長方體的長、寬、高，Ixx、I...

【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：徐春生，楊勇，周志成，魏強(qiáng)，曹鵬，夏永泉，龐智敏，劉輝，
申請(專利權(quán))人：中國空間技術(shù)研究院，
類型：發(fā)明
國別省市：北京;11