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。     

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     

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.      

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.     

张衡一号卫星记录的空间电磁波传播特征分析方法及算法实现

本研究主要利用张衡一号电磁卫星(CSES)记录的电磁场波形数据,研发了电磁波波矢量分析工具,该工具包提供电磁波形频谱变换、奇异值分解(SVD)方法以及坡印廷能流计算功能.选取了张衡一号卫星在ULF/ELF/VLF频段观测到的哨声波、准周期辐射、电离层嘶声波等典型波动事件,开展了频谱分析和波矢量分析.通过与DEMETER卫星的对比观测研究,验证了算法的正确性,并且初步探讨了这些波动的传播特征,其结果也验证了张衡一号卫星在电磁场观测方面具有良好的性能.本研究研发的波矢量分析工具包可直接运用到张衡一号卫星的常规数据处理和科学分析应用中.     

中国电磁监测试验卫星工程研制进展

中国电磁监测试验卫星工程项目于2013年正式批准立项,卫星预计于2017年8月发射入轨,设计在轨运行5年,这是我国地震立体观测体系的第一个专用天基平台. 本文简要介绍了电磁卫星工程设计和卫星工程六大系统的功能与任务,并对卫星系统和应用系统的研制情况予以阐述. 目前,已基本完成卫星平台和有效载荷设计初样阶段的研制,将于2016年6月转入正样研制阶段. 应用系统基础平台的建设工作按计划进行,将在卫星发射前半年开始试运行,以确保电磁监测试验卫星数据的有效应用.      

空基电场数据处理方法综述

地震孕育过程中激发的电磁波穿过大气层进入太空,引起电离层物理参量发生变化,这些扰动信号可被卫星记录下来,因此电磁卫星作为一种监测预测地震的新手段越来越受到重视.卫星记录的数据具有时空同步变化性、数据量大等特点,需要采用多种数据处理方法进行分析.本文分析了卫星观测的地震前兆电场数据服务的不同需求,对地震电离层异常分析的不同阶段所采用的数据处理方法进行了梳理和总结,指出了不同方法的适应条件和环境,对几种典型的算法给出了实例分析效果.这为利用电磁卫星进行数据分析和研究的工作者提供了参考,具有现实意义.     

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.     

子午工程与地震监测

据文献报道,地震前会有电磁前兆异常,对电磁异常的监测与判定也已成为地震监测预报特别是短临预报的有效手段之一.立体的、综合的地震前兆监测系统,对系统研究和识别地震前兆异常信息将发挥重要作用.立体的、综合的地震前兆监测系统应由地震前兆监测台网、地震电磁卫星、子午工程监测系统以及其他区域监测系统组成.     

高压输电系统引起的空间电磁扰动

随着全球工业化进程的大力推进,高压输电系统逐渐成为电磁环境监测的主要人为干扰源之一。本文总结了以法国DEMETER卫星电磁场数据为主开展的高压电力线辐射研究的最新成果,对电力线产生的各类空间电磁扰动现象及其时空分布特征进行了归纳分析,其中包括电力线谐振辐射(PLHR)、磁层线辐射(MLR)、ELF/VLF辐射、高能粒子沉降等,并对与其耦合机制相关的电磁波传播及波粒相互作用模型进行了总结讨论,旨在对中国电磁监测试验卫星(CSES-1)数据处理方法、干扰识别和地震弱信号提取分析提供更多的参考信息。