一种根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法及产品

本发明属于空间粒子传输，尤其涉及一种根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法及产品。

背景技术：

1、地球空间粒子传输技术日益引起关注。根据观测位置的粒子特征，给出源区粒子初始参数，使得从源区出发的粒子能够精确到达终点。此项技术的难点在于地球空间中的磁场是非均匀的，粒子的运动轨迹是非解析的，因此要找到精确的源区粒子初始参数是一件非常困难的事情。为解决此问题，一种常见的策略穷举出所有可能的源区粒子初始参数。这种策略将带来巨大的计算量和计算时间，迫切需要一种方法能够在均匀场中评估源区粒子初始参数，为迭代出最优的初始参数进行初步的筛选，这样的方法能够极大的减少计算量并节省计算时间。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术缺陷，提出了一种根据观测位置特征评估源区粒子初始参数的计算方法。

2、为了实现上述目的，本发明提出了一种根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法，基于均匀磁场实现，包括：

3、步骤1)接收发射装置射出待研究粒子，建立以待研究粒子出发点为坐标系原点的正交直角坐标系，获取待研究粒子到达的终点位置坐标；

4、步骤2)计算粒子的最大回旋半径，根据终点在xy平面内的投影与原点的距离是否大于最大回旋半径，判断是否具有粒子初始参数；

5、步骤3)当具有粒子初始参数，计算粒子能到达终点的最小周期数，取超过最小周期数的不同周期数，得到一组粒子初始参数，并从中筛选符合的粒子初始参数；

6、步骤4)分别以每个粒子初始参数计算发射的粒子运动轨迹，得到一组粒子运动轨迹，分别与终点位置坐标之间的最小距离计算偏差；遍历偏差，取最小偏差对应的粒子初始参数为最终结果。

7、优选的，所述步骤1)包括：

8、接收发射装置射出的待研究粒子，将粒子出发点设置为坐标系原点，以均匀磁场的方向设置为坐标系的z轴指向，x和y方向垂直于z轴，获取待研究粒子到达的终点位置坐标为(xend,yend,zend)。

9、优选的，所述步骤2)粒子的最大回旋半径rb为：

10、

11、其中，q为粒子电荷量，m0为粒子质量，c为光速，b为均匀磁场大小，e为粒子的能量；

12、当则终点不在电子可到达范围内，无粒子初始参数，反之则具有粒子初始参数。

13、优选的，所述步骤3)粒子能到达终点的最小周期数nmin为：

14、

15、其中，[]号为取整运算。

16、优选的，所述步骤3)取超过最小周期数的不同周期数，得到一组粒子初始参数，包括：

17、取超过最小周期数nmin的不同周期数n，根据下式得到不同的函数：

18、

19、其中，当xend≥0时取+号，否则取-号，求使得函数取极小值时粒子射出方向在xy平面内的投影与x轴的夹角

20、将不同周期数n和对应的分别代入下式，得到粒子射出方向与z轴的夹角θ：

21、

22、从而得到一组粒子初始参数

23、分别代入下式计算得到理论的终点y坐标：

24、

25、其中，sign()用于确定给定整数的符号，正数返回1，负数返回-1；

26、判断计算得到的y与sign(yend)是否相等，将判断结果符合的粒子初始参数留下。

27、另一方面，本发明提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序/指令，该计算机程序/指令被处理器执行时实现上述方法的步骤。

28、与现有技术相比，本发明的优势在于：

29、1、因为本申请采用了将粒子轨迹方程等于终点并在此基础上推导出了f(φ)＝0等式，求此等式的数值解并进一步筛选出最优的粒子初始参数，此方法带来了减少计算量并提升计算效率的有益效果。

30、2、本发明首次提出如何计算过均匀磁场中两点的粒子初始参数(θ0,φ0),该粒子初始参数能够使得粒子轨迹与终点的偏差最小，相比于穷举法，此计算方案能够极大减少计算量，提升计算效率。

技术特征：

1.一种根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法，基于均匀磁场实现，包括：

2.根据权利要求1所述的根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法，其特征在于，所述步骤1)包括：

3.根据权利要求2所述的根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法，其特征在于，所述步骤2)粒子的最大回旋半径rb为：

4.根据权利要求3所述的根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法，其特征在于，所述步骤3)粒子能到达终点的最小周期数nmin为：

5.根据权利要求4所述的根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法，其特征在于，所述步骤3)取超过最小周期数的不同周期数，得到一组粒子初始参数，包括：

6.一种计算机程序产品，包括计算机程序，其特征在于，该计算机程序被处理器执行时实现权利要求1所述方法的步骤。

技术总结
本发明公开了一种根据观测位置特征获取源区粒子初始参数的方法及产品，该方法基于均匀磁场实现，包括：接收发射装置射出待研究粒子，建立以粒子出发点为坐标系原点的正交直角坐标系，获取粒子到达的终点位置坐标；计算粒子的最大回旋半径，根据终点在XY平面内的投影与原点的距离是否大于最大回旋半径，判断是否具有粒子初始参数；当具有粒子初始参数，计算粒子能到达终点的最小周期数，取超过最小周期数的不同周期数，得到一组粒子初始参数，并从中筛选符合的粒子初始参数；分别以每个粒子初始参数计算发射的粒子运动轨迹，得到一组粒子运动轨迹，分别与终点位置坐标之间的最小距离计算偏差；取最小偏差对应的粒子初始参数为最终结果。

技术研发人员：朱昌波,张贤国,王丽
受保护的技术使用者：中国科学院国家空间科学中心
技术研发日：
技术公布日：2024/12/5