空间电磁卫星的粒子探测与汶川地震

通过电磁卫星研究地震与空间电离层和磁层的电磁场等参数的变化关系作为地面地震预报研究的补充,是近年来研究地震规律和预报方式的一个新的研究方向,研究空间带电粒子的相关特性是其中的一个重要内容.分析了法国DEMETER电磁卫星上的高能电子探测器在2008年间的探测数据,特别是在我国汶川地震前后的数据,研究了内辐射带高能电子在东西经度方向漂移的情况;地震前后汶川上空及不同经纬区域范围内空间电子能谱的变化;以及汶川地区的余震与空间电子通量在短时标上的关联.发现在90~600 keV能区, 90°E~110°E, 47°N~49°N的汶川北部区域,地震当天与地震前后几天的能谱有明显差别;在VLF发射站引起的电子沉降带上的能谱在地震前有显著低能段涨高.     

电磁卫星和地震预测

地震前几周、几天、几小时甚至几分钟,电磁场的强度、相位或者谱密度等将发生异常变化,电离层的电子、离子浓度和温度等会发生异常扰动,这些现象的出现向人们发出地震即将来临的信号.这些现象不仅在地面可观测到,在卫星上也能观测到,它们在确定异常现象发生的地点和时间等方面具有各自的优势,把两种观测相结合,对异常信号进行立体监测,是实现地震预测预报的发展趋势.至今,对地面观测已经进行了大量的研究和实践,利用卫星进行观测近几年刚刚开始,但已经显示了它监测地震异常的独特能力,引起各方面的高度重视,成为各国建立立体预警系统不可缺少的组成部分.本文重点介绍利用卫星等观测空间电磁异常现象的研究结果.     

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。     

地震电磁卫星观测物理量简介

地震引发电离层扰动反映在某些特定的物理量上已经得到人们的共识,但其中哪些量反映的特征最明显,最有利于提取地震电离层异常仍然不明确,需要进一步的深入研究。本文介绍了法国的DEMETER、乌克兰的SICH-1M、意大利的ESPER IA及俄罗斯的COMPASS-2等几个主要地震电磁卫星的观测物理量,以资参考。     

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.     

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.     

地震电磁卫星交变电磁场的数据处理

地震电磁卫星的迅速发展也带来了一些相关的研究课题,本文根据地面地震电磁观测中成熟的监测手段和参数,来分析如何根据地震电磁卫星记录的电、磁场分量提取可能与地震电磁异常现象有关的信息.介绍了电磁场时间序列的幅值统计;电磁波谱尤其是自功率谱对噪音干扰敏感,介绍了自功率谱的计算方法;正交电磁场相关度的变化分析方法;空间电磁波平面特征指标求取;以及在简单平面波特征下,提出空间阻抗张量的计算方法.     

DEMETER电磁卫星高能粒子在汶川地震中的初步应用

本文利用法国DEMETER电磁卫星的IDP粒子探测器数据,以汶川地震为例,在尽可能排除太阳活动和地磁活动干扰的情况下,分析了汶川地震前后高能粒子日变化情况,探索其作为汶川地震前兆信息的可能性.分别采用了时间序列统计分析、空间对比分析和重访轨道对比分析等方法.结果显示5月6日100～600KeV能谱段的粒子通量增幅强度高达6σ,异常区域集中在震中的西北部区域约47°N～53°N,91°E～93°E之间,考虑到磁壳指数L约1.8～2.0之间,这一增幅现象可能是由于高能质子受地磁场扰动影响向西加速漂移的结果.同时对比6日100～500KeV能谱段通量与其前三个月的重访轨道背景场,得出6日谱通量明显高于其重访轨道背景场一个数量级.最后,对于以上现象可能的物理机制进行了相关讨论.     

利用DEMETER卫星数据研究武都-文县5．0级地震

简单介绍了法国DEMETER（detectionofelectro—magneticemissionstransmittedfromearthquakeregions）地震电磁卫星的科学任务,以及所搭载载荷和观测模式。利用卫星观测资料研究了2006年6月20日16点52分（UT时间）发生在我国甘肃境内的5．0级地震。结果发现,在此次震前第5天电离层就开始出现异常现象,在震前大约1～2天时,这种异常达到最大。最后简述了发展卫星观测所面临的挑战和机遇。     

国家测震台站卫星传输状态自动检测

介绍了国家测震台站卫星传输链路和数据传输状态检测方法,使用VS2015开发环境的C#语言编写了自动检测程序并将其应用于台站,台站值班人员可以及时得到卫星传输不正常的报警信息,以便及时进行修复。     

利用高分辨率卫星影像进行地震损失评价所需的城市特征识别

高分辨率卫星影像已经在一些国家的民用领域得到应用。利用高分辨率卫星影像来收集地震损失评价所需要的各类城市信息不仅高效和有较好的时间分辨率，而且它可以减少以往所必需的大量的代价高昂且费力的城市调查。基于在印度城市台拉登所做的研究，讨论了如何利用高分辨率卫星影像进行城市特征识别的一些问题，同时也简单论述了利用GIS／RS软件综合所得的数据以便用于地震损失评价的方法。     

采用卫星QPSK调制方式在高斯信道中传输地震数据的性能分析

为了获得卫星通信系统传输地震数据的误码率,借助MATLAB软件仿真地震数据在高斯信道中的传输过程,建立卫星调制方式模型和高斯信道模型,使地震数据经过所建立的模型处理后,得到不同信噪比情况下的误码率。并分析卫星通信系统使用QPSK调制方式调制、传输地震数据对信号传送的影响。最后采用蒙特卡罗法仿真获取准确误码率曲线,为使用...     

背景场项目中iDirect卫星通信系统设计

介绍背景场项目中i Direct卫星通信系统,主要从背景场项目对卫星通信的需求、系统设计、数据接入、系统应用等方面进行阐述,具体介绍卫星信系统为行业网备份的数据接入方案以及数据应用案例,可独立为国家测震台提供数据传输信道,保障测震速报业务的正常开展。     

IPSTAR卫星在高斯信道中传输数据应用与性能分析

IPSTAR系统由IPSTAR号卫星、地面业务关口站和小口径天线地面终端组成.本文通过建立调制方式模型和高斯信道模型,分析卫星信号信噪比及传输性能,对比信噪比不同的星座图,分析卫星通信系统使用QPSK调制方式调制、传输地震数据对信号的影响,为使用卫星通信系统传输地震数据提供理论依据.     

利用P波初动测定地震计水平分向的定向偏差

基于P波质点振动方式和初动方向,设计一种测定地震计水平分向定向偏差的方法。通过旋转两水平分向波形获取P波优势能量方向,将旋转角度与地震方位角进行比较,得到地震计水平分向偏离正北方向的位置。再以地震计垂直向初动和已知震中确定台站初始速度的方向（即向源或离源方向）,依此初始速度方向在地震计坐标系中的位置,与水平分向实际记录初动符号所代表的方向进行确认,即可认定地震计水平分向的极性,进而确定地震计水平分向任一极性偏离的角度。     

嘉山地震台大地电场观测异常干扰研究

地电场观测是地震电磁前兆观测方法之一,由于其观测物理量所受到的干扰因素较多,因此通过对嘉山地震台大地电场观测中常出现的地电阻率同场观测干扰、雷电干扰、降雨影响、电极极化、磁暴干扰等5种干扰和典型变化形态进行识别分析,可有效剔除干扰,从而为提取地震前兆信息,分析和运用地电场资料进行地震预报提供可靠依据,也为观测场地大致相同的其他台站提供参考。     

智利地震前DEMETER卫星对空间高能粒子的观测

在地震的孕育或发生期间,地球内部岩石圈的活动可能会发出电磁辐射,引起空间电磁扰动,并通过波粒相互作用引起高能电子的投掷角散射,导致高能电子的沉降.本文基于法国DEMETER卫星的观测数据,研究了智利周围区域在智利地震期间空间高能电子的通量、能谱的分布及演化,发现在智利地震发生前第11天和12天,在以震中为中心,经度跨度10°,在DEMETER卫星轨道高度上L跨度0.1的区域内,有超出背景4到6倍的高能带电粒子暴的出现,期间在其北半球磁镜像区域也观测到了显著的电子通量涨高.粒子暴对应的能谱与2010年前三个月的平均能谱存在较大差异.同时观测到在出现粒子暴的两条轨道上VLF(Very Low Frequency,甚低频)电场频谱分别在300 Hz以下以及13~20 kHz的频段存在显著增强,此扰动在时间和地理位置上与高能粒子暴是一致的.基于回旋共振耦合作用的准线性扩散理论,本文对所观测事例的电子能量与电磁场扰动频率做了分析计算.观测数据和理论计算有较好的一致性,表明该粒子暴源自ICE(Instrument Champ Electrique,电磁探测器)观测到的空间电磁扰动,这是典型的空间波粒耦合事例.进一步分析排除了可能引起粒子暴和VLF电场扰动的环境因素,本文认为本次粒子暴和电场扰动的观测可能与智利地震的震前地壳活动存在一定关联.     

星载电场数据处理方法研究

给出一种新的非线性、非平稳信号的处理方法——HHT方法,并把该方法首次应用于星载电场数据处理中.以2004年9月15日菲律宾6.0级地震前两天(13日)DEMETER卫星经过震中区域上空所记录到的数据为例,对ULF频段的电场数据进行了处理,得到了相应的HHT时频图谱.另外,还利用DEMETER卫星中心网站提供的SWAN软件计算得到了相应的小波变换时频图谱,通过比较发现,虽然两种方法对异常信号出现的位置时刻的描述有相同的能力,但HHT方法在异常信号的细节描述上更为清晰,从而为今后进一步的研究工作奠定了基础.