[發(fā)明專利]基于變分模態(tài)分解的衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)時變背景場建立方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202011228752.5
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112327371B
• 公開（公告）日: 2021-07-30
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 朱凱光;賀小丹;樊蒙璇;溫佳咪;王婷;于紫凝
• 申請（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號: G01V3/08
• 分類號: G01V3/08;G08B21/10
• 代理公司: 沈陽銘揚(yáng)聯(lián)創(chuàng)知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 21241
• 代理人: 屈芳

本發(fā)明為一種基于變分模態(tài)分解的衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)時變背景場建立方法。讀取Swarm A星的磁場Y分量數(shù)據(jù)，減去CHAOS?6磁場模型數(shù)據(jù)去除主磁場的影響，剔除無效軌道；利用變分模態(tài)分解將磁場Y分量分解成2個模態(tài)，將不同的特征分離到不同的模態(tài)中去；通過各個模態(tài)與相應(yīng)地磁指數(shù)的對比，找出與地磁活動相關(guān)性高的模態(tài)并將其去除；選擇研究時間范圍、研究區(qū)域，以一個小時為時間間隔，將該區(qū)域內(nèi)的軌道數(shù)據(jù)劃分到24個當(dāng)?shù)貢r間范圍；將該區(qū)域網(wǎng)格化，剔除受地震影響的軌道數(shù)據(jù)；計算磁場Y分量能量的均值作為背景值并擬合網(wǎng)格內(nèi)24個當(dāng)?shù)貢r間的背景值。利用變分模態(tài)分解將信號的特征進(jìn)行分離，去除地磁活動干擾，同時對信號濾除高斯噪聲，建立精確的時變背景場。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電離層磁場數(shù)據(jù)時變背景場技術(shù)領(lǐng)域，具體地而言為一種基于變分模態(tài)分解的衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)時變背景場建立方法。

背景技術(shù)

地震災(zāi)害是地球上經(jīng)常發(fā)生的一種自然災(zāi)害，是不可避免的。近年來，越來越多的研究表明，電磁異常對短臨地震十分敏感。相較地面觀測，電磁衛(wèi)星技術(shù)具有全天候、全球性等優(yōu)勢。1958年，前蘇聯(lián)發(fā)射了第一顆地磁測量衛(wèi)星SPUTNIK－3，2004年，法國發(fā)射了DEMETER衛(wèi)星，其目的旨在檢測和研究與地震活動相關(guān)的電離層電磁擾動。國內(nèi)外學(xué)者研究了DEMETER衛(wèi)星觀測到的各種數(shù)據(jù)，比如電場、磁場、離子密度、離子溫度、電子密度、電子溫度、高能粒子通量等，結(jié)果表明，在地震前后均有電磁異常現(xiàn)象。2013年，歐洲航天局發(fā)射了Swarm衛(wèi)星，其目的旨在精確測量地球磁場。

目前對電磁背景場的構(gòu)建和電磁異常提取展開了深入研究，但已有的研究僅考慮電磁背景場的年變化，晝夜變化，季節(jié)變化等，沒有考慮電磁背景場的當(dāng)?shù)貢r間變化，而電磁背景場的當(dāng)?shù)貢r間變化也有較大的差異。因此，基于Swarm衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)的時變背景場建立是可行的。

CN110794464A公開了一種基于非震動態(tài)背景場的地震TEC異常信息提取方法，考慮TEC自身的周期性變化、太陽活動等空間環(huán)境的干擾，利用支持向量機(jī)回歸模型(SVR)構(gòu)建太陽活動、地磁活動指數(shù)與TEC原始信號減去TEC自身周期成分的殘差之間的回歸模型，從而建立非震動態(tài)TEC背景場，以減少地震電離層TEC異常信息提取過程中其它非震因素帶來的干擾和誤差，提高地震TEC異常檢測的準(zhǔn)確率，降低虛警率。

CN109409230A公開了一種空地數(shù)據(jù)互增強(qiáng)的震前熱異常自動分級方法，基于遙感數(shù)據(jù)獲取興趣區(qū)域待提取的亮溫圖像，通過前置滑窗選擇與待提取亮溫圖像方差最小的待選背景場亮溫圖像作為背景場圖像；對處理后的待提取亮溫圖像和背景場圖像進(jìn)行地表溫度反演，基于權(quán)重配比得到均衡地表溫度進(jìn)而獲取熱紅外異常提取圖像。

袁媛等利用2013-2016年間歷年同期5月和同季度(4-6月)的中分辨率成像光譜儀(MODIS)衛(wèi)星熱紅外海表溫度SST數(shù)據(jù)的均值構(gòu)建背景場，從而得到研究區(qū)域在2013-2016年間歷年同月和同季度的SST背景場分布狀況，并基于建立的背景場提取中國臺灣新北海域MS6.2地震的熱紅外異常。楊牧萍在剔除受地磁活動影響的數(shù)據(jù)后，基于網(wǎng)格化對DEMETER衛(wèi)星的電場VLF功率譜數(shù)據(jù)求取網(wǎng)格中的中值作為背景值，并分析東北亞地區(qū)背景場的年變化、晝夜變化、季節(jié)變化。

DEMETER衛(wèi)星成功發(fā)射以后，學(xué)者們做了較多的電離層背景場研究。但到目前為止，尚未有基于變分模態(tài)分解的衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)時變背景場建立方法，即使是對衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)建立背景場，也只對靜磁時間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，沒有將地磁活動的影響去除后建立背景場。且已有的研究僅考慮電磁背景場的年變化，晝夜變化，季節(jié)變化等，沒有考慮電磁背景場隨當(dāng)?shù)貢r間的變化。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種基于變分模態(tài)分解的衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)時變背景場建立方法，利用變分模態(tài)分解去除地磁活動的影響，且變分模態(tài)分解的降噪功能可以對分解出的模態(tài)去除高斯噪聲，同時彌補(bǔ)了以往只對靜磁時間段的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析的不足，從而建立更加可靠的時變背景場。

本發(fā)明是這樣實(shí)現(xiàn)的，一種基于變分模態(tài)分解的衛(wèi)星磁場數(shù)據(jù)時變背景場建立方法，該方法包括：