卫星在轨深层充电效应风险评估模型研究

来源 :中国科学院大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:chengxuyuanx
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高能电子穿透航天器并在其内部沉积电荷从而引发深层充电效应,是导致卫星异常的重要因素之一。为量化评估深层充电效应的风险,本文基于贝叶斯方法,利用一颗地球同步轨道卫星的异常数据和GOES-8卫星的电子通量数据,研究了建立并评估概率风险模型的通用方法,其中包括贝叶斯建模、模型比较以及参数推断等相关内容。利用该方法,能够建立任意卫星的风险模型,并推断它的相关特征。  卫星发生的异常事件与高能电子注量具有明显的相关性,论文首先建立了电子注量-卫星异常概率风险模型。在该模型下,卫星异常事件被视为随机变量,而异常的发生率视为该卫星轨道电子注量的函数。在地球同步轨道上,>2.0MeV电子日积分通量一般被用来评估深层充电异常的风险。由于卫星对深层充电效应的敏感度除了与高能电子环境有关,还与卫星材料、结构等特征有关,因此利用轨道电子能谱计算不同能量阈值和累积时间的电子注量,并作为模型输入建立一系列不同的电子注量-卫星异常概率风险模型。论文利用模型抽样得到的模拟异常数据与实测异常数据构造混淆矩阵,并计算该矩阵的F1值来评估模型对实测异常的拟合优度。接下来,基于深层充电过程的物理机制,分别建立了介质充电物理模型和电容器模型。计算两种模型在不同卫星配置参数下的介质电场和沉积电荷,并作为模型输入建立一系列不同的介质电场-卫星异常和沉积电荷-卫星异常概率风险模型。通过比较F1值,得到针对该卫星的最优深层充电风险模型为>1.0MeV电子3日累积注量-卫星异常概率风险模型,其精确率和召回率分别为18.12%和18.19%。该模型在>1.0MeV电子3日累积注量达到2.0E+10cm-2·sr-1的条件下给出该卫星发生异常的平均后验概率为27%,而95%最小可信概率为22%。  在模型评估过程中,对卫星发生异常的部位做出了相关推断:该处介质电阻率为在1.0E+15到3.0E+17ohm·m之间,其屏蔽厚度在0.01到0.5cm之间。
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