张衡一号卫星观测的甘肃积石山地震前后空间电场时空演化特征

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作者 宋俊杰 黄建平 +3 位作者 李忠 李兴溯 霍禹萌 杨瑞琦 《地球物理学报》 北大核心 2025年第6期2039-2054,共16页

地震孕震过程会引发可被卫星观测到的电离层扰动现象.本文以2023年12月18日甘肃省积石山县发生的6.2级地震为例,基于中国首颗地震电磁监测试验卫星张衡一号观测到的电场超低频波形数据,利用经验模态分解和样本熵方法提取了震前的异常扰... 地震孕震过程会引发可被卫星观测到的电离层扰动现象.本文以2023年12月18日甘肃省积石山县发生的6.2级地震为例,基于中国首颗地震电磁监测试验卫星张衡一号观测到的电场超低频波形数据,利用经验模态分解和样本熵方法提取了震前的异常扰动信息.选取震前5天内在震中附近的12条轨道及其重访轨道上的日夜间电场三分量数据进行分析和对比,结果表明:(1)震前23天开始出现异常扰动,主要分布于震中南部区域和磁共轭区.其中夜间的电场E_(x)和E_(z)分量于震前14天内在磁共轭区出现持续扰动减弱现象;日间三分量于震前10天内在磁共轭区出现显著的扰动增强,其扰动幅度和范围在震前10天至5天内达到最大值;(2)夜间的E_(x)和E_(y)分量在孕震区内存在时间和空间分布均匀的固有信号,该信号会在地震前后发生变化;(3)日间E_(x)分量显示磁共轭区扰动范围向北扩散,E_(z)分量显示孕震区内的持续扰动在由强变弱的同时有向赤道方向偏移的趋势;(4)夜间异常扰动出现的时间窗口相对更宽,单次扰动的持续时间更长,而日间异常扰动在空间上更广泛、形态变化更多元和复杂,并且总异常数为夜间总数的1.5倍.这些结果揭示了甘肃积石山地震前后的空间电场时空演化特征,对其他地震分析具有借鉴意义. 展开更多

关键词 积石山地震 张衡一号 经验模态分解 样本熵 空间电场

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数据量对张衡一号卫星岩石圈磁场建模的影响分析

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作者 王婕 杨艳艳 +3 位作者 泽仁志玛 孙晓英 黄建平 鲁恒新 《地球物理学报》 北大核心 2025年第11期4320-4331,共12页

卫星磁测数据可以快速实现全球覆盖且数据一致性好,是全球地磁场建模的主要数据源.其中,岩石圈磁场随时间的变化量较小,通常被视为稳定不变,但实际上岩石圈磁场也会随地磁场变化而变化.如果数据集的时间跨度足够大,这种变化将达到可以... 卫星磁测数据可以快速实现全球覆盖且数据一致性好,是全球地磁场建模的主要数据源.其中,岩石圈磁场随时间的变化量较小,通常被视为稳定不变,但实际上岩石圈磁场也会随地磁场变化而变化.如果数据集的时间跨度足够大,这种变化将达到可以观测的量级.因此,用于建模的数据并不是越多越好.为评估数据量对岩石圈磁场建模结果的影响,本文采用张衡一号卫星岩石圈磁场模型的数据集开展研究.该数据集的时间范围为2018年3月至2022年11月,包含7117条(每条均包含半轨数据)地磁场平静时期的夜侧数据,并去除了主磁场和外源场.本文将数据划分为7个子集,每个子集包含约1000条数据,通过逐一累加,形成7个不同数据量的建模数据集,并据此得到7个球谐模型.通过对比不同数据量的建模结果发现,随着数据量的增加,拟合差呈减小趋势,数据量超过3000条时,拟合差、功率谱、磁异常形态均趋于稳定,与最终模型(使用所有数据的建模结果)基本一致.在该时间段内,岩石圈磁场随时间的变化尚未达到张衡一号卫星的观测能力范围,但随着卫星磁测数据的积累,以及多源卫星数据融合建模的需求增加,岩石圈磁场随时间的变化将累积至不能忽略的程度,需要进一步研究完善相应的岩石圈磁场建模策略. 展开更多

关键词 岩石圈磁场 岩石圈磁异常 地磁场建模 卫星磁测 张衡一号

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张衡一号空间电场探测仪设计 被引量：8

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作者 马勉军 雷军刚 +4 位作者 李诚 李世勋 宗朝 刘泽 崔阳 《真空科学与技术学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期582-589,共8页

张衡一号空间电场探测仪为我国首发电磁监测试验卫星(CSES)主载荷。基于探测原理以及与轨道等离子体环境电势耦合模型,论述了张衡一号双探针式空间电场探测仪设计基本原则和依据;针对不同的轨道等离子体环境条件和鞘层厚度,阐述了相应... 张衡一号空间电场探测仪为我国首发电磁监测试验卫星(CSES)主载荷。基于探测原理以及与轨道等离子体环境电势耦合模型,论述了张衡一号双探针式空间电场探测仪设计基本原则和依据;针对不同的轨道等离子体环境条件和鞘层厚度,阐述了相应的球形探针收集电流、相对耦合电势及鞘层阻抗的数学表达,分析了该探测仪电场探测精度的影响因素以及主动偏置电流效应,研究表明,对于CSES飞行轨道环境条件,采用施加负向偏置电流,可使得探针鞘层阻抗小于1×105Ω,从而提高空间电场探测精度;研究了张衡一号空间电场探测仪探针间耦合电势差测量等效电路模型和球形探针最小几何半径设计约束条件,结果表明,对于CSES飞行轨道通常等离子体环境条件,当球形探针几何半径r3×10-2m时,可实现两球形探针电势差测量偏差系数α!10-6的设计要求。在以上基础上,叙述了张衡一号空间电场探测仪球形探针结构与电子学设计,并简述了探测系统主要组成、工作模式和频段等。 展开更多

关键词 张衡一号 空间电场 探针 耦合电势 鞘层阻抗 设计

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利用张衡一号卫星电场数据研究吉林松原、河北唐山M_(S)5.1地震前后空间电场时空演化特征 被引量：5

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作者 杨牧萍 钱庚 +5 位作者 张学民 孔祥瑞 申旭辉 张萌 翟丽娜 金艳铭 《大地测量与地球动力学》 CSCD 北大核心 2022年第11期1161-1165,共5页

利用我国第一颗电磁监测试验卫星张衡一号电场探测仪(EFD)载荷记录到的ULF/ELF频段电场功率谱密度(PSD)数据,限制Dst≥-30 nT和K_(p)<3排除空间磁环境扰动后,分4个频段对2020年唐山古冶M_(S)5.1地震和2019年吉林松原M_(S)5.1地震前... 利用我国第一颗电磁监测试验卫星张衡一号电场探测仪(EFD)载荷记录到的ULF/ELF频段电场功率谱密度(PSD)数据,限制Dst≥-30 nT和K_(p)<3排除空间磁环境扰动后,分4个频段对2020年唐山古冶M_(S)5.1地震和2019年吉林松原M_(S)5.1地震前后空间电场时空演化特征进行研究。结果发现,2020年唐山古冶M_(S)5.1地震4个频段扰动幅度均显示出震前先抬升至最高点超过2倍均方差,而后在下降过程中发震,震后恢复的规律,且第2频段异常尤为明显;4个频段扰动幅度时间序列特征相似,且震前均超过2倍均方差。2019年吉林松原M_(S)5.1地震不同频段的扰动幅度时间序列特征不同,仅有第2频段超过2倍均方差。2次地震均在第2频段(371~879 Hz)出现震前异常扰动,认为该频段是地震异常提取的优势频段。 展开更多

关键词 张衡一号 电场探测仪 功率谱密度 时空演化 地震异常

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基于张衡一号电磁卫星数据对印尼Ms 7.4地震的研究 被引量：8

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作者 杨超 雍珊珊 +1 位作者 王新安 刘聪 《北京大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期997-1005,共9页

以2018年9月28日印尼Ms 7.4地震为背景,利用张衡一号电磁卫星观测的ULF磁场X,Y和Z三分量数据,采用滑动四分位(IQR)算法、滑动主成分分析算法(PCA)和短时傅里叶变换算法(STFT),对震中范围的时空电磁数据进行分析,结果显示3种算法都能有... 以2018年9月28日印尼Ms 7.4地震为背景,利用张衡一号电磁卫星观测的ULF磁场X,Y和Z三分量数据,采用滑动四分位(IQR)算法、滑动主成分分析算法(PCA)和短时傅里叶变换算法(STFT),对震中范围的时空电磁数据进行分析,结果显示3种算法都能有效地提取到震前异常。1)X,Y和Z分量均值震前7天开始出现异常,随着发震时间临近,Y和Z分量的异常程度逐渐增加,震前2天达到峰值,Y分量最大异常达到0.7 nT,震后异常慢慢消失;2)震前5天主成分出现异常,第一主成分占比急剧下降,下降幅度超过15%,第二、第三主成分占比急剧上升,异常持续3天;3)震前9天,13和25 Hz功率谱密度占比同时出现大幅异常,13 Hz占比上升35%,25 Hz占比下降超过40%,13 Hz占比出现正异常,最大正异常达到0.1,25 Hz占比出现负异常,最大负异常达到−0.15,震后异常消失。结合同时段的太阳地磁活动情况,认为上述电磁异常可以作为印尼地震的前兆。 展开更多

关键词 印尼地震 张衡一号 滑动四分位(IQR) 滑动主成分分析(PCA) 短时傅里叶变换(STFT) 电磁异常

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张衡一号卫星三频信标载荷典型事件观测 被引量：2

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作者 鲁恒新 申旭辉 +6 位作者 赵庶凡 廖力 林剑 黄建平 泽仁志玛 孙芳 郭峰 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期426-433,共8页

“张衡一号(简称ZH-1)”卫星搭载的三频信标机(tri-band beacon,TBB)载荷,能够对站链上空的电离层进行高精度测量.为检验TBB载荷在电离层监测中的应用效果,本文利用2018—2019我国中低纬地区TBB观测数据,采用求均值及多项式拟合的方法... “张衡一号(简称ZH-1)”卫星搭载的三频信标机(tri-band beacon,TBB)载荷,能够对站链上空的电离层进行高精度测量.为检验TBB载荷在电离层监测中的应用效果,本文利用2018—2019我国中低纬地区TBB观测数据,采用求均值及多项式拟合的方法对各月份F_(2)层峰值电子密度(N_(m)F_(2))数据进行处理,分析N_(m)F_(2)的半年变化特征;将2018-08-26磁暴当天与宁静日的电子密度作差值,分析电子密度对磁暴事件的响应特征.结果表明:TBB观测数据能够有效监测电离层变化,正确反映站链上空电离层变化规律;在磁暴事件中,观测到了电子密度的变化过程,其准确地反映了正暴相的特征,证明在重要天气事件中,这一手段能够获得较为准确的观测数据. 展开更多

关键词 张衡一号卫星 三频信标(TBB) 电子密度 电离层观测 磁暴

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大数据存储技术在张衡一号卫星数据服务中的应用 被引量：1

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作者 杨旭明 王志 +3 位作者 李忠 黄建平 杨百一 陈朝阳 《科学技术与工程》 北大核心 2023年第25期10895-10901,共7页

随着张衡一号卫星监测数据的不断增加,目前的HDF5文件存储方式不仅在性能扩展性、读写并发性等方面凸显出劣势,而且无法实现对业务数据的精准时空查询,给用户带来很大困扰。为解决对海量卫星数据的高效存储和读取,分析了HBase数据库和El... 随着张衡一号卫星监测数据的不断增加,目前的HDF5文件存储方式不仅在性能扩展性、读写并发性等方面凸显出劣势,而且无法实现对业务数据的精准时空查询,给用户带来很大困扰。为解决对海量卫星数据的高效存储和读取,分析了HBase数据库和ElasticSearch搜索引擎的优缺点,提出了一种基于二者相结合的卫星大数据存储方案,并搭建了Hadoop架构的大数据试验平台,完成了对张衡一号卫星空间电场超低频(ultra-low frequency, ULF)频段数据的存储试验和对比测试。结果表明,该方案大大提高了对海量卫星观测数据的读写并发性能,达到当前文件存储方式的几十倍,并实现了对卫星数据的精准定位和快速查询,很好地满足了用户要求。 展开更多

关键词 Hadoop架构 张衡一号卫星 空间电场 ElasticSearch HBASE

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基于张衡一号卫星波动观测的人工甚低频台站信号特征统计分析

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作者 王亚璐 项正 +6 位作者 泽仁志玛 倪彬彬 刘阳希子 张学民 欧阳新艳 吴迎燕 申旭辉 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第11期4451-4463,共13页

地基人工甚低频(10~30 kHz)台站信号可以穿透电离层,甚至泄露进地球磁层,从而导致内辐射带高能电子的沉降.研究人工甚低频台站信号的特征对于研究辐射带电子的损失具有重要的科学意义.基于张衡一号卫星2019—2022年的电场观测数据,本文... 地基人工甚低频(10~30 kHz)台站信号可以穿透电离层,甚至泄露进地球磁层,从而导致内辐射带高能电子的沉降.研究人工甚低频台站信号的特征对于研究辐射带电子的损失具有重要的科学意义.基于张衡一号卫星2019—2022年的电场观测数据,本文对全球10个人工甚低频台站在电离层中的信号特征进行了研究,统计分析了电离层中人工甚低频台站信号的昼夜差异、季变规律、对地磁活动水平的依赖性,及其在地磁共轭区的分布特征.结果表明,人工甚低频台站信号会传播至台站上空电离层及其共轭区,信号辐射范围及强度与台站的发射功率呈正相关.电离层电子密度对甚低频信号的传播具有重要影响,在夜侧和当地冬季,电离层电子密度相对较小时,泄露进入内磁层的人工甚低频台站信号较强,而信号强度受地磁活动影响很弱.在台站上空,信号增强区域以穿刺点为中心呈现近圆形分布,并存在明显的波模干涉效应,在共轭半球,信号增强区域中心相对共轭穿刺点会发生极向漂移(L<2的台站)或赤道向漂移(L>2的台站),但所有台站的电波能量都被限制在1/2赤道电子回旋频率磁壳以内的区域.这些统计观测特征表明,发射台站位于较低L值(L<1.4)的人工甚低频台站信号在内磁层中主要以非导管模式传播到共轭半球,而发射台站位于较高L值(L>2.6)的人工甚低频台站信号主要以导管模式传播. 展开更多

关键词 地基台站 人工甚低频台站信号 张衡一号卫星 统计分析 导管和非导管传播

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张衡一号卫星观测的地基VLF波电离层加热扰动特征 被引量：5

9

作者 刘大鹏 申旭辉 +1 位作者 杨德贺 赵庶凡 《电波科学学报》 CSCD 北大核心 2021年第6期970-976,共7页

电离层扰动主要由太阳活动和地球表面活动引起,通过对已知地基甚低频(very low frequency,VLF)波发射源引发的等离子体扰动进行特征研究,对于认识电离层环境变化具有重要的参考意义.文中主要介绍了张衡一号01卫星原位探测科学载荷等离... 电离层扰动主要由太阳活动和地球表面活动引起,通过对已知地基甚低频(very low frequency,VLF)波发射源引发的等离子体扰动进行特征研究,对于认识电离层环境变化具有重要的参考意义.文中主要介绍了张衡一号01卫星原位探测科学载荷等离子体分析仪(plasma analyzer package,PAP)观测系统和数据产出,对该载荷在507 km轨道原位观测的、由地基NWC站大功率VLF人工源辐射引起的电离层加热扰动现象及特征进行了总结和分析.观测结果表明:氧离子密度、离子温度、离子漂移速度等多个原位观测量在夜侧轨道均同时记录到NWC站上空北侧约50~500 km区域出现的电离层加热扰动现象,扰动持续范围约为300~400 km;通过对相同轨道电场数据进行功率谱计算可知,该区域电场增强主要频率与NWC站发射频率相同.上述观测结果验证了张衡一号01卫星PAP对电离层离子参量扰动现象具有一定的探测分辨能力,地基大功率VLF电波能够对电离层等离子体环境产生明显的扰动影响,且扰动区域相对于发射源位置向磁赤道方向发生偏移. 展开更多

关键词 张衡一号 电磁监测卫星 等离子体 电离层加热扰动 NWC VLF人工源

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张衡一号卫星探测的赤道附近电场分布及其与电离层分布的关系

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作者 何宏玮 王秀英 +3 位作者 赵国存 杨德贺 王桥 黄建平 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第5期821-832,共12页

利用张衡一号卫星搭载的电场探测仪(Electric Field Detector,EFD)获得的VLF频段2019年电场功率谱数据,研究赤道附近区域近东西向电场的背景分布、季节变化以及与电离层背景的关系。结果表明:白天电场背景在赤道及其附近随季节呈不同波... 利用张衡一号卫星搭载的电场探测仪(Electric Field Detector,EFD)获得的VLF频段2019年电场功率谱数据,研究赤道附近区域近东西向电场的背景分布、季节变化以及与电离层背景的关系。结果表明:白天电场背景在赤道及其附近随季节呈不同波形结构,以3波、4波为主;夜间电场背景规律性稍差,仍呈随季节变化的经向波形结构分布特征;白天电场背景与电离层背景的季节变化呈高度正相关性,春秋季为峰值;夜间电场背景的季节变化特征是夏冬季峰值,与夜间电离层背景整体上呈负相关性。VLF电场功率谱观测数据与电离层观测数据在较大和较小空间尺度上的统计特征上都具有一致性。EFD载荷为电离层相关科学问题的研究及应用提供了一个可以使用的电场观测数据集。 展开更多

关键词 张衡一号卫星 空间电场探测 电场功率谱 电场时空变化 电子密度分布

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基于张衡一号卫星数据的中国区域岩石圈磁场球冠谐分析

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作者 王婕 申旭辉 +6 位作者 杨艳艳 泽仁志玛 黄建平 赵庶凡 王桥 鲁恒新 郭峰 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2023年第7期2973-2982,共10页

张衡一号卫星于2018年2月成功发射升空,卫星上搭载有测量地磁场的高精度磁强计,包括标量和矢量磁力仪.本文基于张衡一号卫星2018年3月—2022年5月的标量磁测数据,利用球冠谐分析进行中国区域的岩石圈磁场建模工作.首先选取地磁活动平静... 张衡一号卫星于2018年2月成功发射升空,卫星上搭载有测量地磁场的高精度磁强计,包括标量和矢量磁力仪.本文基于张衡一号卫星2018年3月—2022年5月的标量磁测数据,利用球冠谐分析进行中国区域的岩石圈磁场建模工作.首先选取地磁活动平静时期(Kp≤2o)的夜侧数据,来减少外源场的影响;然后,利用CHAOS-7模型计算值去除主磁场和外源场,得到岩石圈磁异常值,再利用球冠谐分析进行中国区域的地磁场建模,得到最大阶数为53.17(对应地表波长为752 km)的球冠谐模型.该模型可以明显揭示出中国及邻区的主要岩石圈磁异常,包括位于我国塔里木盆地、四川盆地、松辽盆地和境外的贝加尔湖、孟加拉盆地附近的高值磁异常,以及位于青藏高原南部的东西向低值磁异常.为了对模型结果进行进一步分析,将其与Swarm-A卫星数据球冠谐建模结果和CHAOS-7球谐模型结果在不同高度上进行了对比,主要磁异常的分布基本一致,而且在向下延拓到100 km高度时,本文的模型也能够提供比较稳定的结果,但是在幅值和磁异常形态细节上存在一定差异. 展开更多

关键词 张衡一号 岩石圈磁场 长波长磁异常 球冠谐分析 区域地磁场建模

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强鲁棒高速闪电哨声波自动检测模型

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作者 银韩柯 袁静 +5 位作者 赵庶凡 申旭辉 靳晓媛 王桥 廖力 杨德贺 《空间科学学报》 北大核心 2025年第5期1197-1210,共14页

张衡一号卫星在轨6年积累了海量观测数据,检测其中的闪电哨声波事件(Lightning Whistler,LW)对于分析空间物理环境规律具有重要意义.但现有基于时频图像的方法推理速度过慢,完成任务需约40年.为此,研究首次从音频事件检测的角度提出高... 张衡一号卫星在轨6年积累了海量观测数据,检测其中的闪电哨声波事件(Lightning Whistler,LW)对于分析空间物理环境规律具有重要意义.但现有基于时频图像的方法推理速度过慢,完成任务需约40年.为此,研究首次从音频事件检测的角度提出高速的闪电哨声波检测模型WhisNet,将检测的时间成本从40年压缩至54天.方法为以4 s滑动窗截取波形,提取梅尔频谱特征,利用轻量级卷积循环神经网络(CRNN)提取音频事件特征,输出层预测LW事件起始时间和持续时长.基于2020年4月1-10日的感应磁力仪(SCM)数据实验显示,WhisNet检测性能与传统方法相当,但计算量和参数量减少99%,速度提升98%.进一步在2020年5月SCM数据上的应用结果与WGLC(全球闪电气候学和时间序列,WWLLN Global Lightning Climatology and time series)全球闪电密度趋势高度一致,验证了WhisNet在大规模卫星数据处理中的准确性与适用性.研究结果为挖掘其他海量地球空间事件提供了重要参考. 展开更多

关键词 闪电哨声波 高速检测 张衡一号卫星 卷积循环神经网络

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2020—2022年中国西部3次M_(S)≥6.0地震前电离层扰动

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作者 郭雨帆 刘江 杜晓辉 《大地测量与地球动力学》 北大核心 2025年第8期851-857,共7页

基于欧洲轨道测定中心(CODE)总电子含量(TEC)数据和张衡一号卫星电子密度(N_(e))数据,分析2020—2022年中国西部3次M_(S)≥6.0浅源地震(2020年伽师M_(S)6.4、2021年漾濞M_(S)6.4和2022年马尔康M_(S)6.0地震)前的电离层扰动现象。结果表... 基于欧洲轨道测定中心(CODE)总电子含量(TEC)数据和张衡一号卫星电子密度(N_(e))数据,分析2020—2022年中国西部3次M_(S)≥6.0浅源地震(2020年伽师M_(S)6.4、2021年漾濞M_(S)6.4和2022年马尔康M_(S)6.0地震)前的电离层扰动现象。结果表明,电离层异常集中在震前1周内,并且在伽师M_(S)6.4地震前5 d和2 d、漾濞M_(S)6.4地震前7 d和马尔康M_(S)6.0地震前6 d出现CODE TEC和张衡一号卫星Ne同步异常。这3次强震可能通过岩石圈-大气层-电离层耦合机理模型的地球化学和电磁波通道影响电离层,震前5~15 d内震源区附近出现地球化学、水位和电磁等地震前兆异常。 展开更多

关键词 中国西部 强震 CODE TEC 张衡一号卫星N_(e) 圈层耦合机理

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CGGM全球地磁场模型和新疆地区台站主磁场逐月变化的一致性分析 被引量：3

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作者 翟世龙 黄静 +2 位作者 雷晴 麦麦提敏·图尔贡 艾萨·伊斯马伊力 《地震研究》 CSCD 北大核心 2024年第2期253-262,共10页

对2018年8月—2022年7月新疆地区的5个地磁台站的观测数据进行剔除外源变化磁场的处理,同CGGM全球地磁场模型的主磁场计算值进行一致性分析。结果表明:①台站观测的月变化速率观测值要略大于模型计算值,磁偏角D、磁倾角I的最大月变化速... 对2018年8月—2022年7月新疆地区的5个地磁台站的观测数据进行剔除外源变化磁场的处理,同CGGM全球地磁场模型的主磁场计算值进行一致性分析。结果表明:①台站观测的月变化速率观测值要略大于模型计算值,磁偏角D、磁倾角I的最大月变化速率差为0.08688′,其它5个要素中最大月变化速率差仅为0.8914 nT。②CGGM模型和IGRF13模型计算值F值的均方根误差相差26.7 nT,随着“张衡一号”地震电磁卫星数据的增多,CGGM模型的计算精度还会进一步提升。③台站观测和模型计算的逐月变化量偏差很小,表明CGGM模型计算值和台站观测值有较好的一致性。④通过提取静日子夜均值的方法并不能够完全剔除外源场的影响,台站观测逐月变化量中会有几个nT的剩余磁场叠加其中,导致了台站观测值和模型计算值逐月变化差值的离散程度略为增大。⑤后验比较分析表明,CGGM模型的长期变化主磁场预测值和台站观测值之间一致性较好,可以很好地描述主磁场的长期变化。 展开更多

关键词 CGGM模型 新疆地区 张衡一号 主磁场 逐月变化 一致性

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改进YOLOv5的闪电哨声波轻量化自动检测模型 被引量：2

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作者 路超 泽仁志玛 +4 位作者 杨德贺 孙晓英 吕访贤 冉子霖 申旭辉 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第3期458-473,共16页

提出一种改进YOLOv5(You-Only-Look-Once version 5)检测模型YOLOv5-Upgraded.为了更快定位真实边框,该模型将损失函数CIoU (Complete IoU)替换为SIoU(Scylla IoU);同时为了避免网络训练过程中梯度消失、梯度爆炸以及神经元坏死等现象,... 提出一种改进YOLOv5(You-Only-Look-Once version 5)检测模型YOLOv5-Upgraded.为了更快定位真实边框,该模型将损失函数CIoU (Complete IoU)替换为SIoU(Scylla IoU);同时为了避免网络训练过程中梯度消失、梯度爆炸以及神经元坏死等现象,将激活函数SiLU(Sigmoid-weighted Linear Unit)替换为具有更好梯度流的Mish;在主干网络中插入注意力(Coordinate Attention, CA)机制,帮助模型更精准地识别闪电哨声波,大大降低了漏检率.基于张衡一号感应磁力仪(Search Coil Magnetometer, SCM)数据,以2.4 s时间窗口截取数据,经带通滤波、短时傅里叶变换得到1126张时频图数据集,再经图像增强操作扩充至7882张,其中7091张作为训练集, 791张作为测试集.实验结果表明,基于改进YOLOv5的模型平均精度均值为99.09%,召回率为96.20%,与YOLOv5s相比,分别提升了2.75%和5.07%,与基于时频图的YOLOv3模型相比,平均精度均值和召回率则分别提高了5.89%和9.62%.基于智能语音的LSTM (Long Short Term Memory Networks)闪电哨声波识别模型大小为82.89 MB, YOLOv5-Upgraded仅为13.78 MB,约节省83.38%的内存资源.研究表明改进后的轻量化模型大大降低了闪电哨声波的漏检现象,在测试集中取得了较好结果,并且其轻量化特征易于部署到卫星设备,极大地提高了星载识别的可能性. 展开更多

关键词 张衡一号卫星 闪电哨声波 YOLOv5 轻量化 自动检测

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基于电磁卫星的闪电哨声波智能检测算法的研究进展 被引量：9

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作者 袁静 王桥 +5 位作者 张学民 杨德贺 王志国 张乐 申旭辉 泽仁志玛 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2021年第5期1471-1495,共25页

闪电哨声波作为探索空间物理环境的重要媒介,淹没在海量的电磁卫星数据中.近年来随着计算机视觉和深度学习等人工智能技术的发展,从电磁卫星的存档数据中自动检测闪电哨声波的算法取得了一定的效果.本文对近年来闪电哨声波智能检测算法... 闪电哨声波作为探索空间物理环境的重要媒介,淹没在海量的电磁卫星数据中.近年来随着计算机视觉和深度学习等人工智能技术的发展,从电磁卫星的存档数据中自动检测闪电哨声波的算法取得了一定的效果.本文对近年来闪电哨声波智能检测算法的文献进行了整理和总结.首先,阐述闪电哨声波在电磁卫星数据中呈现的时频特征和类型;然后,介绍了闪电哨声波智能检测算法的流程并从闪电哨声波的特征提取、分类和定位三个方面对主要的智能检测算法进行归纳、总结和评述;其次,简述了闪电哨声波智能检测模型的评价指标;接着,在张衡一号(ZH-1)卫星的磁场数据上对三种典型的闪电哨声波智能检测算法进行复现,并对三种算法的优缺点进行了较深入的分析;最后,对基于电磁卫星的闪电哨声波智能检测的研究领域进行总结和展望. 展开更多

关键词 电磁卫星 闪电哨声波 智能检测算法 张衡一号卫星

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基于智能语音技术的闪电哨声波自动识别 被引量：6

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作者 袁静 王子杰 +8 位作者 泽仁志玛 王志国 丰继林 申旭辉 吴鹏 王桥 杨德贺 王统领 周乐 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第3期882-897,共16页

闪电哨声波是一种重要的电磁波动,了解其传播特征及传播过程有助于揭开圈层电磁耦合机理.从卫星观测资料识别闪电哨声波通常需要将原始电磁波形进行滤波处理再转化为时频图像,最后采用目视方法识别图像中的色散状形态,整个过程消耗大量... 闪电哨声波是一种重要的电磁波动,了解其传播特征及传播过程有助于揭开圈层电磁耦合机理.从卫星观测资料识别闪电哨声波通常需要将原始电磁波形进行滤波处理再转化为时频图像,最后采用目视方法识别图像中的色散状形态,整个过程消耗大量人机时间和内存资源,不能满足张衡一号(ZH-1)卫星观测的海量电磁场数据处理的需求.针对该问题,鉴于闪电哨声波原始波形数据能够通过播放器产生降调的声音,本文打破以视觉分析为主的闪电哨声波研究惯例,首次采用语音智能技术研究其自动识别算法.首先,以张衡一号卫星感应磁力仪(SCM)的VLF波段的波形数据为研究对象,截取时间窗口为0.16 s的波形数据作为音频片段;然后对该片段进行去趋势处理;基于梅尔频率倒谱系数(MFCCs)能够刻画人耳的听觉机理,提取闪电哨声波的MFCCs特征;其次,构建长短期记忆(LSTM)神经网络并输入波形数据的MFCCs特征训练分类模型;最后利用MFCCs特征和训练得到的LSTM分类模型实现闪电哨声波自动识别.通过对10200数据集(5100段包含闪电哨声波,5100段无闪电哨声波)上开展实验发现:该方法的准确率为96.7%,召回率为84.2%,调和平均得分(F1-score)为90.0%,AUC(Area under Curve)评分为90.1%,而且消耗的时间成本是2.28 s,消耗内存资源是82.89 MB;当前最优的基于时频图的闪电哨声波识别算法在本数据集上的准确率为97.3%,内存消耗为233 MB,在CPU上处理0.16 s的片段数据所消耗的时间是6.71 s,内存消耗和时间消耗比较严重.相比而言,基于智能语音的闪电哨声波识别算法准确率略低0.6%,但能够节约66%的时间成本以及65%的内存资源.这表明该算法不仅仅适合从卫星观测的海量数据中快速准确识别出闪电哨声波,且更适合应用于星载识别. 展开更多

关键词 智能语音 张衡一号卫星 闪电哨声波 长短时记忆网络

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2022年1月8日青海门源6.9级地震前电离层异常特征分析 被引量：2

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作者 赵彬彬 钱才 +2 位作者 尼鲁帕尔·买买吐孙 张小涛 余怀忠 《地震工程学报》 CSCD 北大核心 2022年第3期691-699,共9页

利用张衡一号电磁卫星朗缪尔探针观测的原位电子密度数据和等离子体分析仪观测的原位氧离子密度数据,针对2022年1月8日青海门源M_(S)6.9地震,分析震前电子密度和氧离子密度异常特征,并总结以往震例。结果显示,在门源M_(S)6.9地震前11天... 利用张衡一号电磁卫星朗缪尔探针观测的原位电子密度数据和等离子体分析仪观测的原位氧离子密度数据,针对2022年1月8日青海门源M_(S)6.9地震,分析震前电子密度和氧离子密度异常特征,并总结以往震例。结果显示,在门源M_(S)6.9地震前11天出现电子密度和氧离子密度高值异常;对电离层异常进行震例统计分析,发现大多数地震前6天以内出现电离层异常,且走滑型地震和逆冲型地震震前居多,讨论异常产生的机理可能为大气声重波机制和电场机制。 展开更多

关键词 “张衡一号”电磁卫星 门源6.9级地震 电子密度 离子密度 电离层异常

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CSES卫星观测的赤道电集流特征 被引量：1

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作者 周云良 杨艳艳 +4 位作者 朱劼 熊超 王丰珏 泽仁志玛 申旭辉 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2022年第11期4141-4151,共11页

本文利用2018年8月到2019年12月期间我国张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)所观测的地磁数据,反演了赤道电集流(EEJ)电流密度的纬度剖面;通过选取的4729个清晰的EEJ事件,分析了在地方时(LT)14∶00附近的EEJ特征.研究结果表明:在地磁平静期... 本文利用2018年8月到2019年12月期间我国张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)所观测的地磁数据,反演了赤道电集流(EEJ)电流密度的纬度剖面;通过选取的4729个清晰的EEJ事件,分析了在地方时(LT)14∶00附近的EEJ特征.研究结果表明:在地磁平静期间,CSES卫星观测的EEJ电流密度的峰值位于磁赤道附近,其平均幅度约为27 mA·m^(-1).该幅度小于CHAMP和Swarm卫星的观测结果,这与2018—2019年期间太阳活动水平较低(平均F_(10.7)指数约为70 sfu)有关,此外也与CSES轨道所处的地方时相关.平均而言,EEJ的主瓣宽度约为4°,主瓣和旁瓣的峰值电流密度之比约为2.7;在本文所关注的事件中,东向EEJ事件约占83%,西向EEJ事件约占17%;这个比例与CHAMP卫星的观测结果稍有不同,与14∶00 LT附近西向EEJ出现的概率较低有关.东向EEJ的峰值电流密度对经度、季节和太阳辐射水平有显著的依赖性.EEJ峰值密度随经度变化呈现明显的4波结构,可归因于低层大气非迁移潮汐的作用.EEJ峰值电流密度有明显的季节依赖,其幅度在春秋分较大,冬夏季较小.在2018—2019年期间,尽管太阳活动水平较低,EEJ峰值密度随太阳辐射水平的增加而增加. 展开更多

关键词 赤道电集流 张衡一号电磁卫星 地磁观测 峰值电流密度

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CSES/FY3C掩星与数字测高仪探测电离层特征参数比较分析 被引量：2

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作者 胡嘉宇 甘呈坤 辜声峰 《导航定位学报》 CSCD 2023年第4期120-129,共10页

为了进一步提高当前风云三号系列卫星(FY3C)以及张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)等具备北斗卫星导航系统(BDS)及全球定位系统(GPS)无线电掩星(RO)观测能力的低轨卫星所得电离层峰值参数的反演精度,提出一种以数字测高仪探测数据为参考,... 为了进一步提高当前风云三号系列卫星(FY3C)以及张衡一号电磁监测试验卫星(CSES)等具备北斗卫星导航系统(BDS)及全球定位系统(GPS)无线电掩星(RO)观测能力的低轨卫星所得电离层峰值参数的反演精度,提出一种以数字测高仪探测数据为参考,采用多种时空匹配窗口对掩星反演结果进行电离层特征参数验证分析的方法:实验结合2018-7-20—2018-8-20共计20551次掩星事件,及6094个数字测高仪观测电子密度廓线数据,从峰值密度、峰值高度及临界频率等多方面对FY3C与CSES卫星掩星观测进行对比分析;同时为避免由于不同观测数据时空不一致引入的差异,分析不同时空匹配窗口对掩星与数字测高仪观测结果比对的影响。结果表明:低轨卫星掩星所得峰值参数与数字测高仪观测资料在不同匹配准则下的比较结果存在差异;当空间(时间)窗口不变时,随着时间(空间)窗口增大,无论是低轨卫星掩星同数字测高仪探测数据的比较,还是低轨卫星自身之间的比较,其电离层峰值参数数据匹配的相关性(一致性)都将下降,进而导致相关系数与拟合精度的减小;在相同的时空匹配窗口中,CSES与FY3C掩星反演出的电离层峰值密度相关性较强,而电离层峰值高度相关性较弱;CSES卫星更适合于低纬地区低高度与中高纬地区低中高度的电离层掩星探测,而FY3C卫星则适合于低纬地区中高高度与中高纬地区高于CSES卫星轨道高度的电离层掩星探测。 展开更多

关键词 无线电掩星 风云三号(FY-3) 张衡一号(Zhang Heng-1)电磁监测试验卫星(CSES) 数字测高仪 电子密度廓线

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