[发明专利]一种大气中子对航空器件单粒子效应诱发概率的评估方法

摘要

本发明提出了一种用于评估大气中子诱发航空电子器件发生单粒子事件效应的概率的方法，该方法利用航空飞行器的飞行航迹数据作为持续动态输入，包括时间、高度、纬度、经度，利用航空航迹计算出大气中子通量，利用粒子输运工具计算出不同能量中子在卫星结构材料中的射程，并结合需要评估的空间器件的相关参数，在获得目标位置处的大气中子通量后，结合不同能量下航空飞行器电子器件发生单粒子事件效应的概率之间的关系，最后获得在目标位置处在航空飞行器电子器件中发生单粒子事件效应的概率。

主权项

一种航空飞行器的器件单粒子效应发生概率的评估方法，其特征在于包括：步骤1：获得航空飞行器在飞行过程所处太阳活动周期内所处阶段参数；步骤2：获得航空器在飞行过程的航迹点的高度、纬度、经度数值序列；步骤3：设置大气中子的能量范围和能量点；步骤4：依据飞行时间、航迹点高度、纬度、经度数值序列及中子能谱设置，利用大气中子计算模型计算出不同航迹点处的大气中子密度分布、能谱分布；步骤4.1：依据航迹点纬度、经度数值序列，计算出地磁纬度、经度数值序列；Latm＝90‑arcos[sin(Latg)*sin(lat0)+cos(Latg)*cos(Lat0)*cos(long‑lon0)]其中：Latm为航迹点地磁纬度，Latg为航迹点地理纬度，Long为航迹点地理经度，Lat0为地磁北极地理纬度，Lon0为地磁北极地理经度；步骤4.2：依据航迹点高度、地磁纬度、地磁经度数值序列，计算出航迹点处的磁场刚度值序列，利用如下公式：Rc=14.9*cos4(Latm)/(x+RR)2]]>其中：Rc为磁刚度，x为航迹高度值，R为地球半径值；步骤4.3：依据步骤1、2的飞行时间、航迹纬度值及磁刚度序列，计算出所有航迹点大气中子的通量值，利用如下公式：λ＝165+2*RcXm＝50+ln{2000+exp[‑x*(Cs‑100)]}Φ1-10(250,Rc,Cs)=0.17+[0.787+0.035*(Cs-100)]*e-Rc2/25+{-0.107-0.0265*(Cs-100)+0.612*exp[Cs-1003.73]}*e-Rc2/139.2]]>f(Rc,Cs)=exp(250λ)*Φ1-10(250,Rc,Cs)]]>Φ1-10(Xm,Rc,Rs)=0.23+[1.1+0.0167*(Cs-100)]*e-Rc281+{0.991+0.051*(Cs-100)+0.4*exp[(Cs-100)/3.73]}*e-Rc2/12.96]]>Λ=[1-Φ1-10(Xm,Rc,Cs)*eXmλ/f(Rc,Cs)]]]>F(Rc,Cs)=(Λλ)*f(Rc,Cs)*exp(XmΛ-Xm/λ)]]>Φ1-10(x,Rc,Cs)=f(Rc,Cs)*e-Xλ-F(Rc,Cs)*e-X/Λ]]> 其中：x表示航迹高度值(单位：g/cm2),Cs为太阳活动参数，表征太阳活动时节，λ、Xm及Λ是计算过程的参数；步骤4.4：依据步骤3的中子能量范围和能量点和步骤4.3的通量计算结果，计算出所有航迹点随航迹点不同能量的大气中子通量值，利用如下公式计算航迹点的大气中子通量：dN(En)dEn=0.3459*10.0-0.9219*exp[-0.01522*(ln(En))2]]]>其中：N(En)表示大气中子通量，En表示大气中子能量点；步骤5：获取待评估的空间器件的参数，包括σsat、LETth、W、S、t，空间器件参数由地面试验或者数值仿真获得，其中:σsat为重离子造成的器件单粒子事件效应发生概率的饱和截面，LETth、W、S为概率分布函数Weibull的系数值，t为电子器件的灵敏区厚度；步骤6：依据步骤3给出的中子能谱，利用蒙特卡洛计算工具计算给出不同能量中子的反冲核概率BGR(E,Eri)值,其中：E表示中子能量，Eri表示粒子在电子器件灵敏区内的沉积能量，BGR(E,Eri)表示能量为E的中子产生能量大于Eri的反冲核的概率；步骤7：依据步骤4获得参数，利用如下公式计算单粒子事件发生截面σsee(i)，σsee(i)=σsat·{1-exp[-(LETion(i)-LETthW)s]},LETion(i)≥LETth0,LETion(i)<LETth]]>其中，LETion(i)表示重离子的LET值；步骤8：依据步骤6获得参数，利用如下公式计算单粒子事件发生概率，fsee(t)=C*ΣiΔVi∫BGR(E,Eri)*(dJ/dE)dE]]>其中，C表示吸收系数，对于绝对大多数电子器件C取0.5时于结果符合实验验证，ΔVi参数表示为tΔσi＝t(σi‑σi‑1)。