飞行空域大气中子注量率计算方法和系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及中子注量率技术领域，具体而言，涉及一种飞行空域大气中子注量率 计算方法和一种飞行空域大气中子注量率计算系统。
【背景技术】
[0002] 带有存储结构复杂微电子器件的机载电子设备在飞行高度（3000~20000米）的 自然空间环境中必然会遭遇大约每小时每平方厘米300~18000个IMeV~lOOOMeV的高 能大气中子。这些高能中子会穿透机舱蒙皮，打在机载电子设备的核心指令控制单元或关 键数据存储单元上，产生软错误与硬故障，导致导航（导航接收机）、雷达探测系统（有源相 控阵雷达）、数据网络（AFDX网络交换机）、通信（光纤/总线）、高速计算机系统、航空电子 设备、发动机（FADEC)、电传系统、自动驾驶技术、飞行告警、显τκ屏、其它含有电子器件的飞 行系统等出现黑屏、死机、复位、重启、数据丢失、命令丢失等安全性危害。
[0003] 至今为止，国内对机载电子设备在自然空间环境中遭遇高能中子并未进行针对性 防护与评价。为了建立防护与评价体系，必须对大气中子单粒子效应危害进行定量表征。而 大气中子注量率是危害定量表征的重要参数。
[0004] 国际上主要有两个方法计算大气中子注量率，一个是波音公司开发的播音模型， 另一个是NASA- Langley模型，简称NASA模型。
[0005] 基于国际上60年代开展的1 一 lOMeV大气中子注量率的实则值，波音公司开发了 初始的简化波音模型。该模型假设1 一 l〇MeV大气中子注量率可以分解为三个因子，一个 因子随着高度的变化而变化，一个因子随着纬度的变化而变化，一个因子考虑中子的能量。 A. Taber等人通过对大量探测数据进行拟合，得出了 Ι-lOMeV Boeing经验模型用来预测不 同高度和纬度的大气中子通量。其具体公式如下：
[0006] dN/dE = 0· 3459E ?.9219 X exp [-0· 01522 · (In E)2]
[0007] N (E) dE = 26E L 16±α 2 X exp [- (0· 0069x) ] · dE
[0008] Φ i i〇 (ω Lat) = 〇· 6252exp {-〇. 461 [cos (2 X ω Lat) ]2-〇. 94cos (2 X ω Lat) +〇. 252}
[0009] 式中：N、Φ为中子通量；
[0010] E为中子能量；
[0011] X为大气厚度，g/cm2 ;
[0012] ω Lat 为讳度。
[0013] 美国NASA也通过对大气中子分布情况的研究提出了 NASA-Langley模型。NASA模 型被称为AIR模型，是利用60年代到70年代的飞行测量数据开发而成。NASA模型中，大气 中子通量受三个主要参数影响，分别为：大气密度（g/cm 2)、垂直截止刚度（GV)和太阳环境 条件。
[0014] NASA模型是一个预测Ι-lOMeV大气中子通量更为准确的经验模型，该模型基本计 算公式如下：
[0024] 式中，Φ1_10(χ，R，C)为1-lOMeV的大气中子通量；
[0025] X为大气密度，g/cm2 ;R为截止刚度；
[0026] C为太阳活动常数；
[0027] λ、xm和Λ为计算的中间参数。
[0028] 其中，大气厚与高度Α相关，Α单位为feet :
[0030] 其中影响大气中子注量率的因素主要有4个：大气密度，截止刚度，能量范围，太 阳活动。其中大气密度由高度决定，截止刚度则由经度和纬度决定。
[0031] 现有技术中的波音模型主要考虑高度与纬度对大气中子注量率的影响，忽略了经 度的影响，因此应用波音模型所得的大气中子注量率不够精确。与波音模型相比，NASA模 型虽然较为精确。但NASA模型只适用于低于20km高度。并且由于参数λ = 165+2R的影 响，要求大气密度低于250g/cm2,不适用与地面高度。
【发明内容】
[0032] 本发明所要解决的技术问题是，如何设计一种适用于各种高度，并且计算精确度 高的大气中子注量率的算法或系统，以便对对大气中子单粒子效应进行广泛且准确的评 估。
[0033] 为此目的，本发明提出了一种飞行空域大气中子注量率计算方法，包括：查询经 度、纬度与截止刚度对应表，获取与目标位置的经度、纬度相对应的截止刚度；查询截止刚 度与标准高度下大气中子注量率的倍数关系表，获取与所述截止刚度相对应的第一倍数； 查询高度、纬度与标准位置在水平面上的大气中子注量率的倍数关系表，获取与所述目标 位置的目标高度相对应的第二倍数，获取与所述标准高度相对应的第三倍数；根据所述第 一倍数、第二倍数和第三倍数，计算所述目标位置大气中子注量率相对于所述标准位置在 水平面上大气中子注量率的第四倍数；根据所述标准位置在预设能量范围内的标准注量率 和所述第四倍数，计算所述目标位置在所述预设能量范围内的第一待换算注量率；获取能 够引起位于所述目标位置的目标设备发生单粒子效应的能量阈值，查询能量阈值的注量率 与所述预设能量范围内的注量率的倍数关系表，获取与所述能量阈值相对应的第五倍数； 根据所述第一待转换注量率和所述第五倍数计算所述目标设备在所述目标位置时的大气 中子注量率。
[0034] 优选地，计算所述第四倍数的步骤具体包括：计算所述第二倍数与所述第三倍数 的第一比值，计算所述第一倍数与所述第一比值的乘积作为所述第四倍数。
[0035] 优选地，在查询所述经度、纬度与截止刚度对应表之前还包括：判断是否能够获取 到所述目标位置的经度，若能够获取到所述目标位置的经度，则查询所述经度、纬度与截止 刚度对应表，获取与目标位置的经度、纬度相对应的截止刚度；若不能获取到所述目标位置 的经度，则查询所述高度、纬度与标准位置在水平面上的大气中子注量率的倍数关系表，获 取与所述目标位置的目标高度和目标纬度相对应的第六倍数，根据所述标准注量率和所述 第六倍数，计算所述目标位置的在所述预设能量范围内的第二待换算注量率，获取所述第 五倍数，根据所述第二待转换注量率和所述第五倍数计算所述目标设备在所述目标位置时 的大气中子注量率。
[0036] 优选地，还包括：根据大气中子注量率对所述目标设备的中子防护进行评估。
[0037] 优选地,所述预设能量范围为lOMeV至正无穷。
[0038] 本发明还提出了一种飞行空域大气中子注量率计算系统，包括：查询单元，用于查 询经度、纬度与截止刚度对应表，获取与目标位置的经度、纬度相对应的截止刚度，查询截 止刚度与标准高度下大气中子注量率的倍数关系表，获取与所述截止刚度相对应的第一倍 数，查询高度、纬度与标准位置在水平面上的大气中子注量率的倍数关系表，获取与所述目 标位置的目标高度相对应的第二倍数，获取与所述标准高度相对应的第三倍数，获取能够 引起位于所述目标位置的目标设备发生单粒子效应的能量阈值，查询能量阈值的注量率与 所述预设能量范围内的注量率的倍数关系表，获取与所述能量阈值相对应的第五倍数；计 算单元，用于根据所述第一倍数、第二倍数和第三倍数，计算所述目标位置大气中子注量率 相对于所述标准位置在水平面上大气中子注量率的第四倍数，根据所述标准位置在预设能 量范围内的标准注量率和所述第四倍数，计算所述目标位置在所述预设能量范围内的第一 待换算注量率，根据所述第一待转换注量率和所述第五倍数计算所述目标设备在所述目标 位置时的大气中子注量率。
[0039] 优选地，所述计算单元用于计算所述第二倍数与所述第三倍数的第一比值，计算 所述第一倍数与所述第一比值的乘积作为所述第四倍数。
[0040] 优选地，还包括：判断单元，用于判断是否能够获取到所述目标位置的经度，其中， 所述查询单元在所述判断单元判定能够获取到所述目标位置的经度时，查询所述经度、纬 度与截止刚度对应表，获取与目标位置的经度、纬度相对应的截止刚度，在所述判断单元判 定不能获取到所述目标位置的经度时，查询所述高度、纬度与标准位置在水平面上的大气 中子注量率的倍数关系表，获取与所述目标位置的目标高度和目标纬度相对应的第六倍 数，以及所述计算单元