[發明專利]張衡一號感應磁力儀數據閃電哨聲波自動識別方法及系統

在審

• 申請號: 202011623352.4
• 申請日: 2020-12-30
• 公開（公告）號: CN112633227A
• 公開（公告）日: 2021-04-09
• 發明（設計）人: 王橋;袁靜
• 申請（專利權）人: 應急管理部國家自然災害防治研究院
• 主分類號: G06K9/00
• 分類號: G06K9/00;G06K9/62
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所(普通合伙) 11303
• 代理人: 馬麗蓮

本發明公開了一種張衡一號感應磁力儀數據閃電哨聲波自動識別方法，包括：樣本收集(將SCM數據做傅立葉頻譜圖)、灰度化及尺度縮小處理、模糊卷積處理、L形態卷積處理、SVM模型分類識別；本發明還公開了一種與上述方法對應的張衡一號感應磁力儀數據閃電哨聲波自動識別裝置及系統；本發明在張衡一號衛星的SCM數據上開展自動化識別閃電哨聲波的探索和研究；根據頻譜數據的特點和閃電哨聲波的L形態特征設計了模糊卷積核和L形態卷積核，進一步增強了頻譜圖中的閃電形態特征，大大提高了特征的魯棒性和識別性能；并采用SVM分類器對特征進行分類，使得其識別性能在精度、召回率以及排序能力均處于94％以上。

技術領域

本發明涉及空間物理研究中的閃電哨聲波識別領域，特別是涉及一種 張衡一號感應磁力儀數據閃電哨聲波自動識別方法及系統。

背景技術

自20世紀80年代開始探索基于電磁衛星的地震監測,探測到了大量的 電磁異常信息(Shen et al.,2011；Larkina,1983；Chmyrev et al.,1989； Parrot andMogilevsky,1989；Pulinets and LegenKa,2003； Molchanov,1993；Cai et al.,2007),為電磁學研究提供了新的觀測手段. 然而，引起電磁異常擾動的因素很多(Nirupal etal.,2012)，大量研究 結果顯示,底層大氣氣象活動中的一些劇烈的天氣現象，例如臺風、颶風、 寒潮、龍卷風、閃電等也會引起電離層擾動(Liu et al.,2006；Xiao et al.,2007)。在眾多的氣象活動中，閃電是發生最頻繁的一種自然現象， Brooks(1925)使用雷暴日資料，估計全球在任一時刻存在1800個雷暴，從 而得到全球閃電頻數為100fl s–1(fl為flash簡寫，表征閃電發生的次 數)的結果(Brooks,1925)。閃電放電過程中易產生大電流和強電磁輻射， 輻射場峰值在電離層高度能達到甚至超過15V/m(Marshall et al.,2010)，大大超過了大氣中某些成分的電離和激發光輻射閾值，從而 對電離層產生顯著影響，使其電磁的時空特征發生明顯變化(Xiao et al.,2013；Huang and Gu,2003；Davisand Lo,2008)。由于閃電能夠穿 透電離層，有研究者借助閃電獲得地球空間物理的相關信息。例如：Zahlava 等人分析了DEMETER和RBSP對地球內部磁層哨聲模式波的縱向依賴性的測 量結果，結果表明等離子體層內部的哨聲模式波的縱向依賴性很強 (Z á hlava etal.,2018)。Bayupati等人分析AKEBONO觀測到的閃電哨聲 的色散，分析討論了閃電哨聲沿軌道傳播的時間與電子密度分布的關系 (Bayupati et al.,2012)，表明了閃電哨聲的色散趨勢是確定等離子體層 中整體電子密度分布的有力方法。Oike等人分析了AKEBONO衛星探測到的 閃電哨聲發生頻率與地面觀測到的閃電活動的空間分布和時間變化(Oike etal.,2014)，表明了在電離層中閃電哨聲的出現與閃電活動以及地球周 圍的電子密度分布密切相關。Clilverd等人(2002)使用全球閃電定位網 (WWLLN)來確定閃電的來源位置,然后根據閃電哨聲從來源點到觀測點的 傳播時間，遠程感測電子密度分布頻率，借助傳播理論導出電子密度沿傳 播路徑的函數(Oike et al.,2014)。可見了解閃電哨聲波的物理參數和位 置等是開發利用閃電的基礎，借助閃電哨聲波研究電離層等空間環境的特 點是重要的技術手段。