[发明专利]高能粒子探测器性能评估方法及系统

说明书

本发明提供了一种高能粒子探测器性能评估方法及系统。该方法包括：通过AP8计算高能质子的全向通量；使用数值模拟方法得到地磁场长周期变化导致的高能质子垂直截止刚度的长周期变化趋势；拟合得到截止刚度的长周期相对变化与时间的函数曲线关系；通过上述函数曲线关系，对AP8计算得到的粒子通量进行修正；通过数值计算得到卫星观测点的高能质子对应截止刚度的投掷角分布特征；根据高能质子对应截止刚度的投掷角分布特征，结合AP8模型得到的修正之后的全向通量，得到不同投掷角的高能粒子通量；获取电磁卫星高能粒子探测器探测到的粒子通量；使用上述获得的卫星观测和数值模型通量，对两者进行统计分析，得到包括其整体趋势、线性相关性、绝对偏差、标准差以及均方差大小的用于评价探测器性能的参量。本发明提供的高能粒子探测器性能评估方法及系统可以实现对粒子探测器在轨性能的有效评估。

技术领域

本发明涉及高能粒子探测技术领域，特别是涉及一种高能粒子探测器性能评估方法及系统。

背景技术

近地空间高能粒子辐射作为地球物理场卫星探测的主要参量，其主要通过卫星搭载的高能粒子探测器实现对高能粒子的能量、通量、投掷角等开展测量。卫星发射之前，将对高能粒子探测器的性能进行地面标定试验，主要通过地面束线的方法对其能量线性、探测效率、几何因子等进行有效的验证。卫星入轨之后，需要对探测器性能进行定期评估，并进行必要的参数调整，以获得最佳的探测结果。但由于一般探测器不会搭载星上标定源，因此无法获得探测器探测位置的物理量真值。目前主要方法是使用数值模型与探测器探测结果比对、星地交叉比对以及不同卫星的不同探测器交叉比对等三种方法。

其中星地交叉通常使用地面中子台站的观测数据，通过反演得到高能粒子通量，此方法对地面台站的布局以及数量要求较高。由于地面台站和卫星处于不同的高度，同时其反演高能粒子通量的方法和过程影响最终结果，可能导致比测校验结果不理想。

对于不同卫星的高能粒子探测器的交叉对比。由于不同卫星的轨道高度、轨道倾角、探测器探测原理、探测能段范围、分辨率以及探测器指向等原因，要找到完全符合两者交叉的探测数据，相对困难。

鉴于上述两种方法存在的难题，目前主要方法为使用数值模型和卫星观测结果进行比对分析。数值模型由于是统计模型，相对星地交叉比测校验以及不同卫星的比测校验具有明显的优势。

但目前使用范围最广泛AP8模型，是美国于上世纪60年代开发的模型。众所周知，近地空间高能粒子通量与地球磁场结构有着重要的关系。由于地磁场具有长周期变化特征，尤其是近年来地磁变化明显加快(IGRF13模型提前发布)，使得地球磁场对高能粒子的屏蔽作用将发生明显变化，导致太阳/银河宇宙线进入磁层导致的背景高能粒子环境改变。因此需要对磁场变化导致的高能粒子截止刚度进行重新衡量，并对AP8模型进行一定的修正，这也是美国开发新模型的原因。

目前见于国外网站和期刊组织的AP9模型是美国最新开发的质子辐射环境模型，但由于美国技术封锁等原因，我们国内一直无法获取其程序。因此需要通过方法解决此问题。

地球内辐射带100MeV的质子主要来源于太阳质子，100MeV的质子主要来自于宇宙线反照中子产生，这种机制称为宇宙线反照中子源(CRAND)，包括太阳质子和银河宇宙线都可以称为宇宙线。因此宇宙线进入磁层对于内辐射带的动态变化具有重要作用。由于地球磁场的屏蔽作用，宇宙线粒子不能随意的进入地球磁层空间，而是具有能量和方向依赖性。

地磁截止刚度是定量衡量地球磁场对高能粒子屏蔽效应的参数，描述了高能粒子穿越地磁屏蔽效应到达指定观测点的带电粒子刚度阈值。高能粒子刚度作为描述高能粒子能量大小的物理量，其定义如下：R＝mvc/Ze，其中R表示粒子刚度，m为高能粒子质量，v为粒子速度，c为光速，Z为电荷数，e为元电荷电量。刚度在数值上等于单位单核的能量，单位为伏特。截止刚度表征到达给定观测点的最小刚度值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种高能粒子探测器性能评估方法及系统，可以实现对粒子探测器在轨性能的有效评估。