【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及日地空间环境监测与数据分析领域，具体涉及一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法。
技术介绍
1、太阳质子事件是太阳活动的主要表现之一，本质上是储存在太阳大气磁场中的能量释放的，由于在释放过程中会有大量的高能粒子喷射出来，在地球同步轨道会观测到高能粒子的强度陡然增加几个数量级，由于从太阳喷射出来的高能粒子绝大部分都是质子，占高能粒子总数的 90％以上，所以被称为太阳质子事件。太阳质子事件是一种剧烈的太阳爆发活动现象，在短时间内会造成质子通量的急剧增加，因此会对在轨卫星以及航天员造成严重的辐射危害。
2、现有的能谱拟合方法通常依赖于对卫星探测能道的有效能量点进行校准。这些有效能量点的选取相对固定，但在实际应用中，随着谱形的变化，真实有效能量点往往会出现偏差。为了克服这一限制，本专利技术提出了一种基于积分法的能谱拟合方案。这种方法能够使拟合的能谱自适应地调整以适应探测数据的实际情况，从而消除了对卫星观测能道中能段进行严格校准的需求。通过这一自适应的处理，拟合过程能够更好地反映实际观测数据中的谱形变化，可以有效避免因校准过程引入的误差累积问题，显著提高了拟合的准确性。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，以解决上述背景中存在的问题，本方面采用如下技术方案：
2、一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，包括以下步骤：
3、s1：获取空间质子探测器各能道的质子时变
4、s2：计算太阳质子事件发生期间各能道质子去除太阳活动平静期背景后的总通量；
5、s3：根据s2得到的总通量对质子双幂律能谱函数的参数进行对数变换来确定抽样范围,使用均匀随机的蒙特卡洛方法在确定的抽样范围中对参数进行抽样，使用积分法对能谱进行拟合；
6、s4：获得质子连续能谱的一组最优参数并结合能谱函数画出能谱曲线；
7、优选地，所述步骤s1中，太阳质子事件定义为：观测到能量持续大于10的质子的总通量不小于10 且时间跨度不短于15分钟的质子通量增强过程，太阳质子事件的开始定义为通量大于或等于10的3个连续数据点中的第一个，事件结束是指通量最后一次大于或等于10。
8、优选地，所述s2步骤中，在太阳质子事件发生在s1步骤确定的太阳质子事件起始点前30天时间内，将各观测能道的质子通量按照6小时为单位进行滑动平均，并选择6小时滑动均值的最小值作为各能道的背景质子通量，用于滑动平均的函数形式如下：
9、，其中，是当前时间点，是观测值对应的时间点，是在时刻的6小时滑动均值，是窗口内的数据点数量，是在窗口内的数据点值，表示从小时t-6之前到时刻t的时间窗口。
10、优选地，从探测器的时变通量去除背景质子通量，得到质子通量增量，并进行时间积分得到太阳质子事件发生过程中各能道质子总通量。
11、优选地，所述 s3 步骤中，拟合太阳质子事件的双幂律能谱函数使用四个自由参数来描述太阳质子谱线 在宽能量范围内的行为特征，能谱函数形式为：，其中，是质子的总通量，是连续能谱的幅值，是质子能量，是低能段与高能段能量转折点，是低能段的谱指数， 是高能段的谱指数。
12、优选地，基于步骤 s2获得的质子总通量，对双幂律能谱函数的参数进行对数变换来确定能谱双幂律函数的参数，和的抽样范围。
13、优选地，所述 s3步骤中，使用积分法和对数均方根误差公式对拟合效果进行评估：
14、。
15、探测通量通过能道宽度与该能道的通量值相乘获得，拟合通量则通过对能道范围内的能量积分计算，对应表示对数均方根误差，表示用于拟合的goes卫星观测能道数量，表示实际探测结果，表示拟合结果，为探测器能道宽度，和分别对应的上限和下限，为对应能道的通量增量。
16、优选地，通过设置随机数种子和抽样次数控制拟合精度，使用多参数均匀随机抽样的蒙特卡洛方法, 在步骤 s3 给定的参数抽样范围中均匀随机的抽取一组能谱参数值，并计算相应的。
17、优选地，所述 s4步骤中，在完成全部抽样次数后，选取最小值对应的一组能谱参数，并结合能谱函数画出能谱函数。
18、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
19、1.本专利技术通过引入蒙特卡洛方法，有效实现了太阳质子事件连续能谱的精确拟合。具体而言，通过空间质子探测器获取各能道的质子时变通量数据，首先对原始数据进行背景去除及预处理，确保输入数据的准确性和可靠性。随后，结合蒙特卡洛方法，对太阳质子事件的连续能谱目标函数展开拟合。相比传统方法，本专利技术显著提升了拟合过程中计算效率和拟合结果的准确性，为太阳质子事件能谱研究提供了更为高效的技术路径。
20、2.针对现有能谱拟合方法依赖于对卫星探测器能道有效能量点校准的局限性，本专利技术提出了一种基于积分法的能谱拟合新方法，能够实现自适应能谱拟合。传统方法中，有效能量点的选取较为固定，但实测中这些能量点会因能谱形状变化而发生偏移，导致校准结果出现误差累积问题。本专利技术采用积分法可避免校准步骤，直接对探测数据进行全范围处理，使拟合结果实时反映能谱形状的变化特征，从而准确获得更加真实的能谱分布，规避了能量点校准需求带来的潜在系统误差。
21、3.为了更接近太阳质子事件的真实能谱分布，本专利技术选择了蒙特卡洛方法用于能谱拟合，在确保保留真实能谱信息的同时，进一步优化了计算效率与精确度。相比传统方法，蒙特卡洛拟合方式表现出更强的灵活性与适应性，能根据实际观测数据变化灵活调整，不仅有效提高拟合精度，还能适用于其他目标函数的拟合需求，为更广泛的科学研究提供技术支持。
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1.一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，S3中所述的使用积分法和对数均方根误差公式对拟合效果进行评估的方法为：利用对数均方根比较探测结果与拟合结果，以量化它们之间的差异，计算步骤包括：首先取探测结果与拟合结果的对数比值，然后对这些比值的平方求平均并开方，实际探测结果通过探测器能道宽度与对应能道的通量增量相乘获得，拟合结果则通过对能道范围内的通量积分计算。
3.根据权利要求1所述的一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，S1中所述的判定太阳质子事件发生始末的方法为：获取GOES卫星质子探测器各能道的质子时变通量，以能量大于10MeV的质子时变通量作为事件始末时间的判断依据。
4.根据权利要求1所述的一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，S2中所述的太阳质子事件发生期间各能道质子去除太阳活动平静期背景后的总通量的方法为：在太阳质子事件发生前30天时间段内，将各观测能道的质子通量按照6小
5.根据权利要求1所述的一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，S3中所述的确定抽样范围的方法为：利用双幂律能谱函数拟合太阳质子事件，使用四个自由参数来描述太阳质子谱线在宽能量范围内的行为特征，对双幂律能谱函数的参数进行对数变换来确定各个参数的抽样范围，双幂律能谱函数形式如下：，其中，是质子的总通量，是连续能谱的幅值，是质子能量，是低能段与高能段能量转折点，是低能段的谱指数， 是高能段的谱指数。
6.根据权利要求1所述的一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于， S4中所述的最优参数为在完成全部抽样次数后，选取的最小值对应的一组能谱参数。
...【技术特征摘要】
1.一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，s3中所述的使用积分法和对数均方根误差公式对拟合效果进行评估的方法为：利用对数均方根比较探测结果与拟合结果，以量化它们之间的差异，计算步骤包括：首先取探测结果与拟合结果的对数比值，然后对这些比值的平方求平均并开方，实际探测结果通过探测器能道宽度与对应能道的通量增量相乘获得，拟合结果则通过对能道范围内的通量积分计算。
3.根据权利要求1所述的一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，s1中所述的判定太阳质子事件发生始末的方法为：获取goes卫星质子探测器各能道的质子时变通量，以能量大于10mev的质子时变通量作为事件始末时间的判断依据。
4.根据权利要求1所述的一种确定太阳质子事件能谱的参数限定蒙特卡洛方法，其特征在于，s2中...
【专利技术属性】
技术研发人员：陈祥，顾斌，方乐程，丁留贯，李正，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：
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