[发明专利]一种中性原子图像的局部三维磁层离子通量分布反演方法

说明书

本发明公开了一种中性原子图像的局部三维磁层离子通量分布反演方法，所述方法包括：通过中性原子成像仪同时获取在空间不同位置的两幅ENA探测图像C1和C2；穷尽ENA探测图像C1中所有统计有效像素，与ENA探测图像C2中每个统计有效像素在视线方向所交汇的磁层能量离子辐射体元；依据两幅图像中各像素的有效ENA探测计数，求解所交汇的磁层能量离子辐射体元的能量离子通量。本发明的方法能够反演局部三维能量离子通量，克服传统ENA反演结果缺少磁纬度变化探测特征的缺陷。

技术领域

本发明涉及磁层物理技术领域，具体涉及一种中性原子图像的局部三维磁层离子通量分布反演方法。

背景技术

现有技术的中性原子探测图像反演是利用二维ENA探测图像推算一个地球赤道面的二维能量离子通量分布，使其通过特定的磁层能量离子通量模型解算的全球能量离子通量分布所产生的ENA辐射源，与中性原子成像仪所获ENA遥测图像基本一致，是一个具有探测依据的模拟结果。在反演的全球磁层能量离子通量分布中只有磁经度和磁壳指数两个变量与探测结果相关，而全球能量离子通量分布在磁纬度方向变化是由模型给定的。这样的反演结果给出的是沿磁力线往复反跳能量离子通量分布，无法体现能量离子的注入特征。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术缺陷，提出了一种能够反演局部三维能量离子通量的方法，克服传统ENA反演结果缺少磁纬度变化的探测特征的缺陷。

为实现上述目的，本发明提出了一种中性原子图像的局部三维磁层离子通量分布反演方法，所述方法包括：

通过中性原子成像仪同时获取在空间不同位置的两幅ENA探测图像C1和C2；

穷尽ENA探测图像C1中所有统计有效像素，与ENA探测图像C2中每个统计有效像素在视线方向所交汇的磁层能量离子辐射体元；

依据两幅图像中各像素的有效ENA探测计数，求解所交汇的磁层能量离子辐射体元的能量离子通量。

作为上述方法的一种改进，所述方法还包括：

指定磁层能量离子分布区域为：0°≤θ≤360°，2≤L≤8；在偶极场磁场构成的磁壳结构里，磁壳指数L定义为：r表示径向坐标，θ为磁经度，为磁纬度；

用若干经度角元Δθ、若干纬度角元和若干磁壳指数元ΔL，把磁层能量离子分布区域划分为若干个连续分布的磁壳层的辐射体元格点；划分标准为：C1图像中的一个像素与C2图像中的两个相邻像素相交在不同的辐射体元格点内。

作为上述方法的一种改进，所述依据两幅图像中各像素的有效ENA探测计数，求解所交汇的磁层能量离子辐射体元的能量离子通量；具体包括：

在设定的磁层的体元结构体区域，设图像C1上n个有效像素与图像C2上m有效个像素有无障碍的交集为：

其中，(C1_i,j)_n是n个像素中第i,j个像素的ENA探测计数；(C2_I,J)_m是m个像素中第I,J个像素的ENA探测计数；J_iom(N,M,K)是空间第N,M,K个体元的离子辐射通量，为待求量；G(ε,δ)是单像素对应探测器的几何因子，ε和δ分别为像素相对第N,M,K辐射体元的方位角和仰角；ΔE和Δt为能谱宽度和积分时间；F(α)为投掷角函数，α为投掷角；σ(E)为电荷交换截面，E为能量；为中性原子密度。

作为上述方法的一种改进，所述单像素探测器的几何因子G(ε,δ)为：

其中，S_A(ε,δ)是单像素探测器开窗面积在垂直视线方向的投影，s_d是单像素探测器的有效面积，b是单像素探测器到开窗的距离。