Swarm卫星磁场数据震前异常提取与统计分析
发布时间：2021-07-03 16:00
地震不仅危及社会的生产和发展,更会危害人类的生命安全。由于地震发生机制的复杂性以及大地震复发的长期性,地震预测是一个需要长期且持续研究的世界性难题,因此,地震前兆研究具有重要意义。越来越多的研究表明,震前电磁异常不仅存在于岩石圈,还会经耦合出现在大气层和电离层。随着国内外电磁卫星的发射,利用卫星进行震前电离层扰动研究已经成为地震前兆研究的一种重要手段。Swarm卫星是欧空局于2013年11月22日发射的星座任务,主要以高精度测量包括主磁场、岩石圈磁场以及外源场在内的地磁场。而地震发生在岩石圈,要分析岩石圈孕育的地震信号在电离层引起的异常变化,则需要去除主磁场和主要受到太阳和地磁活动影响的外源场变化。因此,本文利用减IGRF（International Geomagnetic Reference Field）模型去除约占地磁场95%的主磁场;选择地方时为夜晚的数据去除白天电离层的干扰;利用主成分分析,将Swarm-A和Swarm-C的磁场变换为两个主成分分量,利用与地磁指数相关性高的第一主成分去除地磁活动的影响。针对厄瓜多尔地震,通过对2016年所有夜晚轨道的磁场第二主成分的长期分析,偏...
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Swarm卫星星座图（http://www.esa.int/ESA）
第2章Swarm卫星磁场数据及应用9图2.2Swarm卫星载荷示意图（http://www.esa.int/ESA）2.1.2Swarm卫星产出数据及产品Swarm卫星的数据处理包括科学数据处理和校准验证。按照科学数据处理分为4个阶段。Level0主要包括航天器和仪表内部数据；Level1a为仪器和辅助数据的时间序列以及经处理的轨道和姿态数据；Level1b为沿轨道观测，经过校正、校准并转换为物理单位的时间序列；Level2包括所有来源的地磁场全球模型、电离层电流系统区域模型等[44]。从不同仪器的观察(0级)到校准数据(1级)，最后实现科学目标(2级)的流程示意图如图2.3所示。标量和矢量的电场和磁场姿态，轨道和时间L0矢量数据的校正地球物理坐标系（NEC）L1基于指数和多卫星方法的数据选择L2分离以获得地核，岩石圈，磁层，3D电导率模型（海洋环流）L2辅助数据：指数；地基观测数据标量和矢量的电场和磁场L0矢量数据的校正地球物理坐标系（NEC）L1减去主磁场和岩石圈磁场L2使用多卫星方法去除磁层磁场和确定的电离层电流L2加速度计数据轨道，姿态，时间L0加速度计数据的扩展L1由GNSS加速和沿轨道加速度转换为空气密度增强L2电离层电流和离子漂移密度的联合解释L2卫星坐标系中的离子漂移速度L0校正卫星的潜力L1转变成速度下降器，最低点框架L1减去轨道速度L1转变成NEC坐标系L1电场计算L1图2.3磁场各场源的分离(上)、电离层电流系统(左)、热层密度的磁力(中)和电场矢量的测定(右)(L0为0级，L1为1级，L2为2级)[44]
第2章Swarm卫星磁场数据及应用10Swarm卫星产品分为1级和2级，1级产品又可分为1a级和1b级产品。Swarm卫星的1b级产品提供校准和格式化后的磁场测量值的时间序列，大多数1b级产品以通用数据格式（CDF）提供，包含三颗卫星当日（00:00（但不包括）至24:00UT时间）的所有可用数据。以2013年2月23日为例，Level1b的磁场产品的文件命名如图2.4所示。图2.4以2013年2月23日为例的Swarm-A的1b级磁场产品的命名描述[42]表2.1-2.3为Level1b级的主要产品，其中“x”可以表示“A”、“B”和“C”卫星。表2.1SwarmLevel1b级的主要产品-星历产品文件类型文件描述内容MODx_SC轨道确定位置和速度（1Hz）STRxATT飞行器姿态来自星跟踪器处理和校正的姿态信息（1Hz）GPSxNAV导航解决方案GPS接收导航仪的位置和速度（1Hz）GPSx_ROGPS观测数据GPS接收器的处理和校正数据（0.1Hz）GPSx_RNGPS导航数据GPS接收器的导航数据ACCx_PR加速度计数据加速度计的角度和非重力加速度数据（1Hz）表2.2SwarmLevel1b级的主要产品-磁场产品文件类型文件描述内容MAGx_LR低采样率磁场数据(1Hz)校准和校正的磁场矢量和标量数据MAGx_HR高采样率磁场数据(50Hz)校准和校正的磁场矢量数据MAGx_CA磁场校准数据用于长期分析的磁场标量校准数据
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈重庆中小型地震的成因及防范方法[J]. 何萸. 科学咨询（科技·管理）. 2018(07)
[2]基于偏度、峰度特征的BPSK信号盲处理结果可信性评估[J]. 胡晓燕,吴珊珊,胡国兵,张照锋. 电子器件. 2015(05)
[3]地磁观测技术的原理与应用[J]. 刘迪仁. 电子制作. 2015(05)
[4]峰度及偏度特征值在超限裕度算法中的应用[J]. 刘家学,张帅. 科学技术与工程. 2014(09)
[5]利用DEMETER卫星数据统计分析全球Mw≥7.0地震的电离层电子浓度异常[J]. 闫相相,单新建,曹晋滨,汤吉. 地球物理学报. 2014(02)
[6]强震前ELF/VLF磁场的扰动特征统计研究[J]. 泽仁志玛,申旭辉,曹晋滨,张学民,黄建平,刘静,欧阳新艳,赵庶凡. 地球物理学报. 2012(11)
[7]地震电磁卫星电离层扰动研究进展综述[J]. 尼鲁帕尔·买买吐孙,张永仙. 地震. 2012(01)
[8]DEMETER卫星磁场波形数据分析方法初探[J]. 安张辉,谭大诚,陈军营,范莹莹,刘君,解涛. 华南地震. 2011(01)
[9]地震预测:回顾与展望[J]. 陈运泰. 中国科学（D辑:地球科学）. 2009(12)
[10]DEMETER卫星观测到的智利7.9级地震前的电离层电磁扰动[J]. 张学民,钱家栋,欧阳新艳,申旭辉,蔡晋安,赵庶凡. 地球物理学进展. 2009(04)
博士论文
[1]联合CHAMP和Swarm卫星磁测数据反演中国大陆区域岩石圈磁场[D]. 邱耀东.武汉大学 2017
[2]地震电离层异常统计特征与基于汶川MS8.0地震的地—气电磁耦合研究[D]. 李美.中国地质大学(北京) 2015
[3]卫星磁测数据处理与地磁场模型反演理论与方法研究[D]. 常宜峰.解放军信息工程大学 2015
硕士论文
[1]大气边界层对方柱绕流的影响研究[D]. 区家隽.华中科技大学 2017
[2]小波变换及其在地震电磁信号分析中的应用研究[D]. 韩冰.中国地震局地质研究所 2014
[3]基于时空影响域的地震分布区域特征分析[D]. 赵祯.东北大学 2014
[4]二维随机波浪中畸形波的数值模拟[D]. 夏维达.大连理工大学 2014
[5]地震岩石层—大气层—电离层耦合机理研究[D]. 赵庶凡.中国地震局地震预测研究所 2010
[6]地震地磁数据处理方法研究[D]. 韩鹏.中国地震局地球物理研究所 2009
[7]利用DEMETER卫星数据提取地震异常的方法初探[D]. 欧阳新艳.中国地震局地震预测研究所 2008
本文编号：3262896
【文章来源】：吉林大学吉林省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：87 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Swarm卫星星座图（http://www.esa.int/ESA）
第2章Swarm卫星磁场数据及应用9图2.2Swarm卫星载荷示意图（http://www.esa.int/ESA）2.1.2Swarm卫星产出数据及产品Swarm卫星的数据处理包括科学数据处理和校准验证。按照科学数据处理分为4个阶段。Level0主要包括航天器和仪表内部数据；Level1a为仪器和辅助数据的时间序列以及经处理的轨道和姿态数据；Level1b为沿轨道观测，经过校正、校准并转换为物理单位的时间序列；Level2包括所有来源的地磁场全球模型、电离层电流系统区域模型等[44]。从不同仪器的观察(0级)到校准数据(1级)，最后实现科学目标(2级)的流程示意图如图2.3所示。标量和矢量的电场和磁场姿态，轨道和时间L0矢量数据的校正地球物理坐标系（NEC）L1基于指数和多卫星方法的数据选择L2分离以获得地核，岩石圈，磁层，3D电导率模型（海洋环流）L2辅助数据：指数；地基观测数据标量和矢量的电场和磁场L0矢量数据的校正地球物理坐标系（NEC）L1减去主磁场和岩石圈磁场L2使用多卫星方法去除磁层磁场和确定的电离层电流L2加速度计数据轨道，姿态，时间L0加速度计数据的扩展L1由GNSS加速和沿轨道加速度转换为空气密度增强L2电离层电流和离子漂移密度的联合解释L2卫星坐标系中的离子漂移速度L0校正卫星的潜力L1转变成速度下降器，最低点框架L1减去轨道速度L1转变成NEC坐标系L1电场计算L1图2.3磁场各场源的分离(上)、电离层电流系统(左)、热层密度的磁力(中)和电场矢量的测定(右)(L0为0级，L1为1级，L2为2级)[44]
第2章Swarm卫星磁场数据及应用10Swarm卫星产品分为1级和2级，1级产品又可分为1a级和1b级产品。Swarm卫星的1b级产品提供校准和格式化后的磁场测量值的时间序列，大多数1b级产品以通用数据格式（CDF）提供，包含三颗卫星当日（00:00（但不包括）至24:00UT时间）的所有可用数据。以2013年2月23日为例，Level1b的磁场产品的文件命名如图2.4所示。图2.4以2013年2月23日为例的Swarm-A的1b级磁场产品的命名描述[42]表2.1-2.3为Level1b级的主要产品，其中“x”可以表示“A”、“B”和“C”卫星。表2.1SwarmLevel1b级的主要产品-星历产品文件类型文件描述内容MODx_SC轨道确定位置和速度（1Hz）STRxATT飞行器姿态来自星跟踪器处理和校正的姿态信息（1Hz）GPSxNAV导航解决方案GPS接收导航仪的位置和速度（1Hz）GPSx_ROGPS观测数据GPS接收器的处理和校正数据（0.1Hz）GPSx_RNGPS导航数据GPS接收器的导航数据ACCx_PR加速度计数据加速度计的角度和非重力加速度数据（1Hz）表2.2SwarmLevel1b级的主要产品-磁场产品文件类型文件描述内容MAGx_LR低采样率磁场数据(1Hz)校准和校正的磁场矢量和标量数据MAGx_HR高采样率磁场数据(50Hz)校准和校正的磁场矢量数据MAGx_CA磁场校准数据用于长期分析的磁场标量校准数据
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈重庆中小型地震的成因及防范方法[J]. 何萸. 科学咨询（科技·管理）. 2018(07)
[2]基于偏度、峰度特征的BPSK信号盲处理结果可信性评估[J]. 胡晓燕,吴珊珊,胡国兵,张照锋. 电子器件. 2015(05)
[3]地磁观测技术的原理与应用[J]. 刘迪仁. 电子制作. 2015(05)
[4]峰度及偏度特征值在超限裕度算法中的应用[J]. 刘家学,张帅. 科学技术与工程. 2014(09)
[5]利用DEMETER卫星数据统计分析全球Mw≥7.0地震的电离层电子浓度异常[J]. 闫相相,单新建,曹晋滨,汤吉. 地球物理学报. 2014(02)
[6]强震前ELF/VLF磁场的扰动特征统计研究[J]. 泽仁志玛,申旭辉,曹晋滨,张学民,黄建平,刘静,欧阳新艳,赵庶凡. 地球物理学报. 2012(11)
[7]地震电磁卫星电离层扰动研究进展综述[J]. 尼鲁帕尔·买买吐孙,张永仙. 地震. 2012(01)
[8]DEMETER卫星磁场波形数据分析方法初探[J]. 安张辉,谭大诚,陈军营,范莹莹,刘君,解涛. 华南地震. 2011(01)
[9]地震预测:回顾与展望[J]. 陈运泰. 中国科学（D辑:地球科学）. 2009(12)
[10]DEMETER卫星观测到的智利7.9级地震前的电离层电磁扰动[J]. 张学民,钱家栋,欧阳新艳,申旭辉,蔡晋安,赵庶凡. 地球物理学进展. 2009(04)
博士论文
[1]联合CHAMP和Swarm卫星磁测数据反演中国大陆区域岩石圈磁场[D]. 邱耀东.武汉大学 2017
[2]地震电离层异常统计特征与基于汶川MS8.0地震的地—气电磁耦合研究[D]. 李美.中国地质大学(北京) 2015
[3]卫星磁测数据处理与地磁场模型反演理论与方法研究[D]. 常宜峰.解放军信息工程大学 2015
硕士论文
[1]大气边界层对方柱绕流的影响研究[D]. 区家隽.华中科技大学 2017
[2]小波变换及其在地震电磁信号分析中的应用研究[D]. 韩冰.中国地震局地质研究所 2014
[3]基于时空影响域的地震分布区域特征分析[D]. 赵祯.东北大学 2014
[4]二维随机波浪中畸形波的数值模拟[D]. 夏维达.大连理工大学 2014
[5]地震岩石层—大气层—电离层耦合机理研究[D]. 赵庶凡.中国地震局地震预测研究所 2010
[6]地震地磁数据处理方法研究[D]. 韩鹏.中国地震局地球物理研究所 2009
[7]利用DEMETER卫星数据提取地震异常的方法初探[D]. 欧阳新艳.中国地震局地震预测研究所 2008
本文编号：3262896
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