一种临近空间大气紫外辐射仿真方法及装置与流程

本发明涉及辐射特性建模，特别涉及一种临近空间大气紫外辐射仿真方法及装置。

背景技术：

1、鉴于临近空间安全、空间天气精细化预报与航天器飞行保障、全高度气候变化研究等需求日益增加，临近空间探测技术迅速发展。紫外谱段一方面能够反映电离层与中性大气间耦合作用，另一方面在日盲区可以最大程度屏蔽地面干扰，在临近空间环境感知方面具有不可替代的优势，近年来作为一种新型探测体制正在被越来越多地关注。为了选择最优的探测谱段、支撑探测算法设计等，必须掌握任意环境条件、任意探测条件下的临近空间大气紫外光谱辐射特性。

2、在相关技术中，对临近空间环境紫外辐射特性的仿真通常采用低层大气辐射传输模型，它们完全无法描述临近空间大气在紫外谱段的化学发光等非平衡现象，而现有的非平衡发光辐射模型对于存在多次散射耦合效应的强吸收非平衡发光谱带的仿真结果同样存在极大的误差。

3、基于此，目前亟需一种临近空间大气紫外辐射仿真方法及装置来解决上述技术问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种临近空间大气紫外辐射仿真方法及装置，可以实现临近空间紫外探测器口面前光谱辐射亮度的高精度仿真计算。技术方案如下：

2、一方面，提供了一种临近空间大气紫外辐射仿真方法，所述方法包括：

3、根据太阳紫外辐射初始照度和预设的太阳紫外消光截面库对入射太阳紫外辐射进行传输衰减解算与光电离过程推演，得到每个高度层太阳辐照度分布与光电子产生速率源函数；

4、根据光电子产生速率源函数、预设的电子碰撞反应截面库和化学反应数据库对大气电子输运与组分演化过程进行能谱求解与化学平衡计算，得到不同高度层电子能量通量谱和化学成分数密度分布；

5、根据电子能量通量谱和辐射传输参数，对不同机理的紫外发光过程与强吸收谱线耦合效应进行解算修正，得到耦合多次散射后的所有谱带最终发光体发射率；

6、根据发光体发射率、标准光谱线型数据与散射辐射源项，对谱带积分发射量与全路径辐射传输过程进行光谱展开与一体化合成计算，得到探测器端的总紫外光谱辐射亮度。

7、另一方面，提供了一种临近空间大气紫外辐射仿真装置，所述装置包括：

8、第一计算模块，用于根据太阳紫外辐射初始照度和预设的太阳紫外消光截面库对入射太阳紫外辐射进行传输衰减解算与光电离过程推演，得到每个高度层太阳辐照度分布与光电子产生速率源函数；

9、第二计算模块，用于根据光电子产生速率源函数、预设的电子碰撞反应截面库和化学反应数据库对大气电子输运与组分演化过程进行能谱求解与化学平衡计算，得到不同高度层电子能量通量谱和化学成分数密度分布；

10、第三计算模块，用于根据电子能量通量谱和辐射传输参数，对不同机理的紫外发光过程与强吸收谱线耦合效应进行解算修正，得到耦合多次散射后的所有谱带最终发光体发射率；

11、第四计算模块，用于根据发光体发射率、标准光谱线型数据与散射辐射源项，对谱带积分发射量与全路径辐射传输过程进行光谱展开与一体化合成计算，得到探测器端的总紫外光谱辐射亮度。

12、另一方面，提供了一种计算机设备，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存放计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器上所存放的计算机程序，以实现上述所述的临近空间大气紫外辐射仿真方法的步骤。

13、另一方面，提供了一种计算机可读存储介质，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述临近空间大气紫外辐射仿真方法的步骤。

14、另一方面，提供了一种计算机程序产品，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述所述的临近空间大气紫外辐射仿真方法的步骤。

15、本发明提供的技术方案至少可以带来以下有益效果：本方法首先基于消光截面库求解太阳紫外辐射大气传输，输出各高度光电子产生速率源函数；接着结合电子碰撞截面与化学反应速率参数，求解全高度电子能量通量谱与激发态组分数密度；随后按三类发光机理计算初始局域体发射率，并对强自吸收谱线耦合多次散射迭代修正；最后完成光谱展开后，通过一体化辐射传输方程合成探测器接收的总辐射亮度。本方法实现了光致激发、电子碰撞激发与化学动力学过程的全链路自洽耦合，消除了传统方法分步叠加带来的系统误差；强自吸收谱线的双向迭代修正提升了核心谱线仿真精度，一体化辐射传输框架保证了非平衡发光与大气散射的同步求解，可为临近空间紫外探测与大气反演提供高可信度的数值支撑。

1.一种临近空间大气紫外辐射仿真方法，其特征在于，所述方法包括：

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个高度层太阳辐照度分布与光电子产生速率源函数通过如下方式得到：

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，每个高度层的电子能量通量谱和化学成分数密度分布通过如下方式得到：

4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，谱带的最终发光体发射率通过如下方式得到：

5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述总紫外光谱辐射亮度，通过如下方式计算得到：

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，所述总紫外光谱辐射亮度通过如下公式计算得到：

7.一种临近空间大气紫外辐射仿真装置，其特征在于，所述装置包括：

8.一种计算机设备，其特征在于，所述计算机设备包括存储器和处理器，所述存储器用于存放计算机程序，所述处理器用于执行所述存储器上所存放的计算机程序，以实现上述权利要求1-6任一所述方法的步骤。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法的步骤。

10.一种计算机程序产品，其特征在于，包括计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-6任一所述的方法的步骤。