地震电磁卫星辅助数据处理及原型系统设计

地震电磁卫星的辅助数据处理是卫星数据处理分系统的一部分,它为卫星科学目标的实现提供重要的辅助信息.本文在参考法国地震电磁卫星DEMETER和探测双星的辅助数据等基础上,对我国地震电磁卫星的辅助数据进行了定义和分类;介绍了原型系统采用的JNI技术及软件架构设计;根据每类辅助数据的内容和特点,给出了各种辅助数据的处理流程,并对其处理方法分别进行了分析;最后对卫星辅助数据处理及原型系统设计进行了总结.本文所述内容和方法是我国地震电磁卫星数据处理的一个前期准备工作,将服务于利用地震电磁卫星进行地震预报.     

我国地震电磁卫星数据分析及应用研究进展

本文介绍了地震电磁卫星数据分析在中国地震电磁学方面的研究进展情况,其中包括卫星数据分析的整体思路的确定,以及具体在电离层正常背景分析,干扰因素影响,数据分析方法和震例研究结果.目前的应用研究表明,电离层各观测参量具有不同的季节性及区域性复杂的正常变化背景,对提取地震异常增加了很多困难.而震例研究反映震前确实存在一定程度的电离层异常,空间电磁异常信息具有短临性和区域性特征,但异常的重复性、空间分布的相似性检验及背景场理论模拟等方法还需要在今后的工作逐步加强.     

地震-电离层扰动探测技术的研究进展

回顾了地震-电离层扰动机理的研究进展和主要的数据观测方法,总结了地震电磁卫星观测电离层扰动的应用发展情况以及基于卫星测量数据对异常辐射源定位的研究进展,介绍了无线电探测方法的实验情况和数据分析方法,为未来中国探测电离层扰动进行短临地震预测工作提出了建议.     

我国地震电磁监测卫星总体技术研究

地震孕育和发生过程会引起震中附近上空的电离层异常,通过空间观测手段对由地震引起的空间电磁异常现象进行观测有着地面观测手段难以企及的优势.本文对我国地震电磁监测试验卫星科学任务进行了分析,在此基础上,给出了卫星的总体方案设计,并对卫星的工作模式、轨道和卫星构型进行了详细的论证、设计与分析,提出了满足地震电磁观测要求的卫星总体技术方案.     

与2005年4月7日西藏地震相关的Demeter数据ELF电场异常特征分析

众多研究结果表明,大地震前数小时至数十小时在电离层有低频电磁信号异常现象,所以,电磁方法对地震短临预测工作非常重要.自从1983年Larkina发表了对INTERCOSMOS-19卫星经过地震区域时记录数据的处理分析结果,发现震前和震后几十分钟至数小时内甚低频VLF(3～30kHz)电磁信号增强,可与陆基观测一起对电磁场和电离层进行立体监视,使地震电磁信号异常研究工作和地震短临预测工作进入了一个新的发展阶段.     

地震电离层探测技术及其应用研究进展

2017年即将发射的中国电磁监测试验卫星将填补地震电离层立体监测体系中不可或缺的空白区域,也将为天地一体化地震电磁对比校验及圈层耦合机理认识提供重要的科学支撑.针对近期地震电离层立体监测体系发展的需求,本文主要介绍了目前国内用于地震研究的地基及空基电离层探测技术,包括电离层垂测/斜测、甚低频(VLF)电波观测、舒曼谐振观测、GPS及空间卫星电磁等,并总结了各种探测技术在国内外地震应用研究中的进展; 最后结合不同探测手段的优势,探讨了地震电磁立体探测系统的构建,并就未来的多手段综合应用发展提出了建议.      

基于DEMETER卫星观测数据的电离层地震前兆分析——以汶川地震、东海地震为例

本文利用可视化分析和统计分析的数据处理方法,结合2008年5月12日汶川Ms8.0地震和2007年4月20日东海Ms6.3地震两个震例,进行了探索性研究,阐述了基于DEMETER卫星观测数据提取电离层地震前兆信息的思路,通过对电磁场频谱、等离子体数密度、温度等物理参量的可视化展现,探讨了电离层扰动与地震的关系.结果表明,在排除电离层内一些典型干扰的前提下,地震发生前几天或者几个小时电离层扰动可以被观测到.     

基于DEMETER卫星电子浓度探测数据的不同时间序列预测模型研究

<正>在地震前兆电离层扰动研究中,复杂的电离层环境会导致卫星电磁探测载荷的性能及工作状态发生变化。目前探测载荷性能分析多以实验室检测定标和野外实验手段与其他探测数据对比分析为主,不能满足高频次的载荷性能与数据质量评价需求,所以,有必要进行同一电离层参量星上探测数据的对比分析。由于同期在轨卫星较少,因此,通过建立电磁卫星探测数据时间序列预测模型进行时间匹配,开展不同期在轨卫星探测数据交叉检验研究,同时,利用电磁卫星探测数据建立时间序列预测模型构建电离层背景场,     

NWC通信台在电离层中激发电磁响应的时变特征

本文利用DEMETER卫星VLF频段电场和磁场频谱数据对DEMETER卫星运行期间2005年至2009年澳大利亚甚低频(Very Low Frequency)通信台NWC发射的通信信号造成的电离层电磁响应的日变化、季节变化及年变化特征进行了统计分析,统计结果表明电磁响应日变化显著,夜间电场强度明显增强可达40dB,磁场变化略小也可为15dB左右,而季节变化不显著,年变化主要受太阳活动的影响,太阳活动越强,电磁响应越小.为解释数据分析结果,对地-电离层电磁波传播过程采用传递矩阵方法进行了模拟计算,模拟结果与数据分析的结果一致.我们认为这种随时间变化的特点可能由250km以下电离层电子密度分布特征导致,因此研究250km以下的电离层电子密度变化可能对寻找地震电离层电磁异常有重要意义.     

改进型图像信息方法提取地震电离层扰动异常研究进展

首先总结了国内外利用法国DEMETER卫星观测数据识别和提取地震电离层中主要参量扰动异常的常规研究方法,介绍了图像信息方法(pattern informatics method, 简称PI方法)研究地震活动性异常及其应用于中长期地震危险性预测的研究进展和成果. 然后主要介绍了改进型图像信息方法（modified pattern informatics method,简称MPI方法）在提取电磁卫星数据资料中的进展应用．该方法的震例研究结果显示,地震电离层中电子浓度（Ne）、电子温度（Te）异常出现的时间一般在震前一个月左右,相对于其它方法提取到的异常在震前几小时至数天内,这一突出特点将使得MPI方法在短临地震预报中更具有可操作性．然而,该方法能否作为提取地震电离层异常扰动的实用数据处理方法并应用于地震短临预测中,尚需要进一步深入研究．最后本文提出了将MPI方法应用于提取地震电离层异常信息需要进一步解决的几个问题．      

汶川M_S8.0地震前DEMETER卫星探测的离子温度变化分析

2008年5月12日汶川MS8.0地震的发生给我国带来巨大的人民生命财产和经济损失, 这次沉痛的事件再次表明, 地震的预测预报是非常困难的. 同时, 地震的预测预报又具有非常重大的意义. 地震后, 研究人员在研究总结反思现有观测手段(钱复业等, 2009; 余涛等, 2009)的同时, 也开展了近些年国外发展起来的空间观测研究(曾中超等, 2009; 何宇飞等, 2009). 对空间观测手段, 在已公开发表的研究成果中, 大多利用的是2004年法国发射的DEMETER(Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions)地震电磁卫星所探测的电磁场信号进行分析研究, 而对卫星所探测到的电离层离子温度则没有较为详细的讨论. 例如, 曾中超等(2009)对DEMETER地震电磁卫星探测到的电离层电子的温度、 密度以及电场和磁场进行了分析研究, 得到了可能与汶川地震有关的疑似异常; 何宇飞等(2009)利用DEMETER卫星对中国周边多个导航VLF发射站信号的研究, 得到了震中上空区域不同频率对应的信噪比在地震前后发生明显变化的结果.     

地震电离层VLF电磁场频谱全球特征研究

与地震活动有关的空间电磁扰动频段主要集中在甚低频/超低频(VLF/ELF),这已经被众多学者研究结果所证实.特别是2004年6月法国DEMENTER卫星成功发射以来,地震电离层电磁异常研究得到了长足发展.然而,相对于来自空间的扰动,诸如磁暴,磁层亚暴,太阳风扰动以及地面闪电等引起的电离层电磁扰动,地震电离层异常为弱信号,怎样凸显地震电离层异常信息是亟需解决的问题.     

基于改进型图像信息方法的汶川地震前电离层参量时空特征研究

震前加速破坏阶段地壳岩石破裂过程中可能辐射电磁信号,提取与之相关的电磁信号异常有助于认识地震孕育及破坏过程,从而为防震减灾提供支持.本文提出了改进型图像信息方法(Modified Pattern Informatics Method,MPI方法),并用于汶川地震前电离层参量时空特征信息的提取.通过分析对比处理前后的DEMETER电磁卫星时空图像可以发现,原始时空图像一般存在季节性和空间性的变化规律,较难获得有意义的信息;而采用MPI方法处理后,则发现汶川大地震前,电离层参量存在明显的异常变化.从而,证明了MPI方法具有消除背景趋势、突出短期变化的能力,可以有效地提取强震相关的电磁前兆信息.     

地-电离层耦合地震电磁观测系统

强地震前,在震区产生先兆电磁现象已经得到了越来越多的测量记录证实,地面直接电磁辐射异常和电离层异常扰动是地震前最显著的前兆现象,而且具有较稳定的时间尺度。除了卫星观测方法外,地震先兆电磁信息的观测方法有多种。根据接收的信号来源途径不同,地面观测方法可划分为：①被动观测：在地面观测附近孕震区直接辐射的ULF／ELF／VLF的电磁波;     

地震电磁卫星电离层扰动研究进展综述

本文总结了国内外关于地震电离层扰动现象研究的主要进展, 主要介绍了法国DEMETER卫星及其相关的统计研究和震例研究成果, 总结了目前地震电离层扰动前兆震例研究的一般步骤, 介绍了地震孕育过程中产生的电磁异常信息向电离层传播的可能途径, 包括化学途径、 声学途径和电磁途径。 大量的研究成果表明地震电离层异常的存在, 在地震发生前几个小时至几天或几个月电离层扰动被探测到, 但是地震电离层扰动前兆能否作为地震预报方法, 还有许多需要深入研究的问题。 本文提出了地震电离层研究需要解决的几个重要问题。     

地震期间电离层扰动现象研究

介绍了大量的关于地震电离层扰动现象研究的最新进展，研究表明地震发生前的几天或者几个小时电离层扰动被观测到，电离层前兆是确实存在.但要将震前的电离层扰动作为地震短临预报的工具，还有许多值得我们去深入研究和解决的问题.应用空间技术开展大区域范围内电离层参数的实时观测，如用地震电磁卫星、GPS台网、并和地面电离层垂测仪观测相结合，建立“电离层地震前兆监测系统”，无疑会加速这项研究的进程.     

电磁卫星地震应用进展及未来发展思考

法国DEMETER(Detection of Electro-Magnetic Emissions Transmitted from Earthquake Regions)卫星是世界上第一颗专门针对地震电离层扰动监测的电磁卫星, 于2004年发射, 2010年底结束运行, 共在轨飞行6.5年, 获得3万多条整轨数据, 为地震监测及电离层物理研究提供了坚实的数据基础。 全球科学家利用这颗卫星的数据开展了大量的地震应用研究, 发表文章上百篇, 将电磁卫星的地震应用研究推向了新的阶段。 中国第一颗电磁监测试验卫星CSES(China Seismo-Electromagnetic Satellite)于2018年2月2日成功发射, 目前已完成在轨测试并交付使用, 科学数据也已正式对外发布。 如何充分发挥CSES卫星的应用效能, 将空间电磁监测向业务化运行转化, 总结和思考DEMETER卫星的技术进步、 研究成果及曾经出现过的问题, 十分重要。 因此, 本文着重介绍DEMETER卫星在地震监测应用领域的代表性研究进展, 并结合CSES卫星的设计和运转实践, 对未来空间地震电磁探测及科学研究的发展方向进行一些初步讨论。     

地震电离层前兆综合监测技术

地震前后对电离层进行观测的方法正在逐渐发展成为一种新的地震前兆观测方法。应用多手段地基无线电遥感探测技术,通过软件无线电形式,实现一机多能,对电离层状态的综合探测,获取地震前电离层变态的多参数数据,结合对地震电离层前兆物理机制的研究,将能大大提高地震电离层前兆预报分析的可信度、可靠性,有助于对地震电磁现象机制的识别和前兆信息的提取和强震预报预测。     

岩石圈地震前兆异常机制

对于电磁卫星所观测到的地震震前电磁异常现象的机制，即电磁异常如何从岩石圈穿过大气层耦合到电离层及其以上空间，目前仍是尚未解决的问题.本文主要介绍目前大量有关地震岩石圈异常的机制研究，力图从卫星地震电磁异常的源头—岩石圈地震来获得相关认识.岩石圈地震前兆异常包括：地表变形、水位变化、悬浮薄雾、超低频（ULF）电磁异常、山脊或山顶发光闪电、卫星红外图片大范围数度温度异常、磁场高于地磁偶极场的0.5%、电离层等离子体密度变化、动物奇异行为等.人们提出了许多试图解释各种异常现象的假说，如热耦合假说、气泡运移假说、边界位错充电假说、离子空穴运移假说等.本文希望通过对以上各种假说提出的基础、物理机理以及异常现象解释的探讨，促进对岩石圈地震前兆异常现象机理认识，从而为地震电磁异常的正确认识提供更有力的帮助.     

中国电磁监测试验卫星地面应用系统关键技术研究

中国电磁监测试验卫星(CSES)是中国计划发射的第一颗用于电离层特性及电离层地震电磁效应研究的空间探测卫星,已被国防科工局列为"十二五"首批发射的民用卫星。卫星地面应用系统是整个卫星工程发展的必要环节,为保障卫星有效在轨运行,并使卫星接收到的