[發明專利]電離層中的地震電磁波波源定位與后向追蹤方法

無效

• 申請號: 200910238080.3
• 申請日: 2009-11-18
• 公開（公告）號: CN102062868A
• 公開（公告）日: 2011-05-18
• 發明（設計）人: 方廣有;曾中超;王東峰;張蓓
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01V1/00
• 分類號: G01V1/00;G01V1/28;G01V3/12
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及電磁波技術領域，是一種電離層中的地震電磁波波源定位與后向追蹤方法。

背景技術

早在上世紀五六十年代，人們就開始了地震電磁研究，經過四十多年的不懈努力，人們已取得了大量與地震相關的電磁異常現象，這一課題的研究對地震的短期預測具有重要的意義。這些電磁前兆在地面上和高空中都有出現，但人們更感興趣的主要還是電離層和磁層中的電磁異常，主要原因是高空中的異?，F象所受的干擾和污染小，更容易借助于空間技術和遙感技術來探測和追蹤。

地球電離層是近地空間環境的重要組成部分，按照美國電器和電子工程師協會(IEEE)標準(1969)，電離層是“地球大氣層的一部分，其中存在的粒子和電子數量多到足以影響無線電波的傳播”。按照這個定義，電離層約是地面60km以上到磁層頂之間的整個空間。電磁波在電離層中的傳播，主要受電離層電子濃度剖面、電離層的碰撞頻率和電離層中地磁場的分布有關。

為了獲得電磁波在空間中的傳播方向，人們早已研發出能直接測量電磁場的各個分量的矢量天線，這些矢量天線實時記錄電場和磁場的各個分量的幅度值和相位值。為了從這些原始測量數據中提取出波的傳播信息(包括極化信息和波矢方向)，人們發展了好幾種高效的波矢分析算法(如Means算法、波譜矩陣的SVD技術等)。

發明內容

本發明的目的是公開一種電離層中的地震電磁波波源定位與后向追蹤方法，是一種高精度快速算法，以尋找空間無線電波的輻射源，該方法主要基于電離層的無線電波傳播、射線微分方程的數值解法，并對追蹤的誤差進行了有效的控制，可精確定位地震區域。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種電離層中的地震電磁波波源定位與后向追蹤方法，其利用接收電磁波的來波方向、頻率、傳播媒質的特性，進行電離層的射線追蹤，對射線方程進行數值求解，來定位輻射源；其包括步驟：

A)理論推導：

(a)描述波的傳播路徑的方程是Haselgrove方程，將該方程改寫為適合于數值求解的形式，求出折射率對各個變量的一階偏導數；

(b)選擇合適的數值方法來對射線方程求解，推導出具體的迭代格式；

B)計算機編程，即電離層射線追蹤軟件：

(a)根據A)步的理論推導結果，編制出計算電離層中波傳播的計算機軟件；

(b)由矢量天線的實測數據提取出波的初始傳播方向；

(c)由于波的傳播路徑具有可逆性，將接收點的初始方向反向，進行“后向”追蹤，作為軟件計算的初始條件之一；

(d)設置軟件計算的其他初始條件：接收點的位置、計算的容差、追蹤的截止條件；

C)確定震中位置：

追蹤的截止點就是輻射源在空間的波源，利用截止點確定震中位置。

所述的方法，其所述B)步，直接對三維的Haselegrove方程進行數值求解，以避免地球磁場和電離層的色散性對波傳播路徑的影響，使路徑更加精確。

所述的方法，其所述B)步，在由當前節點根據積分算法推進到下一個節點時，都對節點值進行校正，以避免誤差的累積。

所述的方法，其所述B)步，采用了變步長技術，該變步長技術充分考慮了媒質的折射率的空間梯度，在梯度大的地方步長小，梯度小的地方步長大，以保證追蹤精度。

所述的方法，其所述B)步中的追蹤截止條件，為在電離層的F2層峰值高度。

所述的方法，其所述C)步中，利用截止點確定震中位置，是在追蹤到截止點后，以截止點沿著地球磁場的磁力線向地面投影，投影點就是震中位置。

所述的方法，其前提是利用矢量天線獲得多分量的電磁場數據，并根據波矢分析算法提取出波的頻率、來波方向和極化特性信息。

所述的方法，其所述積分算法，為Runge-Kutter算法、Adams-Moulton算法。

所述的方法，其所述變步長技術，是由下式根據媒質的梯度自動調整步長：