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张衡一号卫星感应式磁力仪(Search Coil Magnetometer,SCM)探测到了大量的低频电磁波动数据.本文探索从中自动识别闪电哨声波(Lightning Whistler,LW)的算法,相关结果对进一步研究空间天气闪电事件的时空变化规律具有重要研究意义.首先,以20 s的时间窗提取SCM原始波形数据,再对其做短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)得到时频图;接着,以LW在时频图中呈现明显的L形态特征为依据创建LW时频图像数据集,该数据集包括316个LW时频图,8000个非闪电哨声波的时频图;再对时频图像进行灰度化处理和尺度缩放处理以降低计算维度,同时增强闪电哨声波特征;通过设计模糊卷积核,对图像进行卷积计算以滤除大量阶跃边缘信息的影响;基于LW的形态特征设计L形态卷积核,对图像进行卷积处理以进一步增强图像中的L形态特征.最后,将增强后的L特征图输入支持向量机(Support Vector Machines,SVM)进行分类识别.大量数据处理实验结果表明:本文提出的闪电哨声波自动识别方案有效,其识别效果在精度、召回率、F1值(F1 score)和接受者操作特性曲线面积(Area Under Curve,AUC)指标上均达到94％以上. 相似文献
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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. 相似文献
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本研究主要利用张衡一号电磁卫星(CSES)记录的电磁场波形数据,研发了电磁波波矢量分析工具,该工具包提供电磁波形频谱变换、奇异值分解(SVD)方法以及坡印廷能流计算功能.选取了张衡一号卫星在ULF/ELF/VLF频段观测到的哨声波、准周期辐射、电离层嘶声波等典型波动事件,开展了频谱分析和波矢量分析.通过与DEMETER卫星的对比观测研究,验证了算法的正确性,并且初步探讨了这些波动的传播特征,其结果也验证了张衡一号卫星在电磁场观测方面具有良好的性能.本研究研发的波矢量分析工具包可直接运用到张衡一号卫星的常规数据处理和科学分析应用中. 相似文献
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等离子体波的空间分布在木星磁层高能电子动力学过程中起着重要的作用.现有大多数对木星磁层哨声波的观测仅限于|λ|≤15°的磁纬范围内,但是最新的JUNO卫星WAVES仪器提供的波动数据使得更高纬度、更广区域范围内的等离子体波动分布研究成为可能.本文通过对JUNO卫星WAVES仪器数据进行分析处理,详细研究了木星磁层哨声波的空间分布特性.观测表明,存在位于高L_J、高磁纬的木星磁层哨声波,它们广泛分布于距木星中心距离35～75个木星半径、磁纬为|λ|≤30°的空间区域.分析研究发现,WAVES仪器观测的木星磁层哨声波幅度一般为几个pT,远小于地球磁层哨声波的强度.木星磁层哨声波幅会随着L_J的增大缓慢增加,也会随着磁纬的减小趋向平缓变化.基于以上观测事实,本文利用指数幂函数分别拟合得到木星磁层哨声波幅随L_J和磁纬变化的经验模型.该模型将有助于精确理解哨声波对木星磁层高能电子动力学过程的重要影响. 相似文献
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中国地震电磁监测试验卫星张衡一号(ZH-1)已于2018年2月2日成功发射,正在开展卫星数据在轨测试,并对卫星数据质量进行判定.本文对ZH-1卫星2018年5月至6月夜侧的VLF频段电场功率谱数据进行了分析.通过分析位于不同L值、具有不同发射频率的多个VLF人工源上空的卫星重访轨道观测数据,发现ZH-1卫星记录的人工源信号电场变化标准差与DEMETER卫星记录电场变化标准差几乎一致,说明ZH-1卫星观测数据具有较好的稳定性.通过重访轨道均值与全波模型计算结果对比,发现两者在数值上较为接近,在形态上较为一致,说明ZH-1卫星VLF频段电场功率谱数据具有一定的可靠性.此外,研究了VLF人工源上空及共轭区的电场分布特征和电波传播规律,并与DEMETER卫星的结果进行了对比,结果表明VLF人工源产生的电磁辐射穿透电离层后以导管或者非导管的哨声波模向共轭区传播,因为传播过程中的朗道阻尼,共轭区的电场能量比辐射源顶空更小.VLF人工源位于L1.5时,电磁波传播更容易发生非导管传播,VLF人工源信号导管传播模式在共轭区的电场响应相对于共轭点会发生一定程度北向偏移. 相似文献
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地球近地空间非震电磁扰动 总被引：1，自引：0，他引：1
在地球近地空间卫星观测到的来自空间的电磁波动包括:电磁离子回旋波,哨声,嘶声,合声,地磁脉动.其中电磁离子回旋波、等离子体层嘶声和合声都在平静时期可以观测到,但在磁暴、亚暴期间会显著增强.来自地面的电磁扰动有人工产生的,也有自然产生的.人工产生的电磁扰动主要有地面甚低频发射机发射的VLF电磁波和地面电力线路感应的谐频电磁波.自然产生的电磁干扰主要有闪电(雷暴).除了上述自然和人工产生的电磁波动外,卫星本身工作时也可产生频率在0～200 Hz范围内的电磁扰动. 相似文献
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相对已经在轨运行的极轨卫星,搭载在静止卫星上的闪电成像仪能够提供全天候、无间断的闪电探测,是目前全球卫星闪电探测的方向.本文分析云不同特性对云顶闪电信号的影响,以及云高对静止卫星闪电定位的订正分析,将对静止卫星闪电成像仪的研发及其业务化运行提供技术支撑.研究中,通过建立云中闪电传输模型,模拟云中闪电传输.由于云粒子散射,云的体积、光学厚度和形状,以及闪电在云中发生的深度,都影响云中或云间闪电信号传输到云顶的能量衰减和持续时间,其持续时间可能超过已知静止卫星闪电成像仪假设的2 ms成像积分时间间隔,这样不能保证所有的闪电信号在一帧图像内探测到.但是,云粒子散射对云顶闪电的水平位置影响不大,闪电成像仪定位的云顶闪电可代表云中或云间的闪电位置.同时,在传统静止卫星图像定位模型的基础上,建立了闪电定位的云高订正模型.根据该模型,当云顶高度为10 km,云高所引起的闪电定位最大误差达到经向0.5379°、纬向0.2273°,超过已知静止卫星闪电成像仪假设的地面探测单元大小,有必要进行订正. 相似文献
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根据传感器所处位置的不同,闪电观测资料的获取主要有地面观测和卫星观测两种方式,二者各有优势,对两类资料质量的评估与对比是重要的研究课题.为此本文将我国气象部门国家级地基闪电监测网络——国家雷电监测网与低轨道卫星闪电探测器LIS(Lightning Imaging Sensor)在2009—2015年获取的中国区域资料作为研究对象,基于敏感度试验,确立了星地观测数据匹配的原则、方法和时空窗口阈值,提出了星地匹配比例MP(Match Percent)的定义并从年份、季节、昼夜三个维度对比研究了中国区域星地闪电观测数据的特征,分析了二者定位误差的统计规律和分布比例,讨论了影响因素.本文的工作为星地多源闪电观测数据的质量控制与融合分析提供基础,也为新近发射的我国首枚静止轨道平台闪电成像仪的地面真实性检验和算法修正提供数据和技术储备. 相似文献
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在2001～2003年Cluster飞船通过近地磁尾期间，共探测到14次重联事件，在这些事件中同时还观测到等离子体波活动.本文把14次事件分为三大类，其中：第I类包含了8次事件，它们是在等离子体片内先于重联事件观测到波活动，并且还同时观测到Hall磁场.经过分析判断，这类事件中观测到的波是右旋偏振的哨声波.第II类包含了2次事件，这类事件也观测到了Hall磁场和右旋偏振的哨声波.第Ⅲ类也包含了2次事件，这类事件只是普通的重联事件，没有观测到Hall磁场，但是波活动明显先于重联事件.在我们观测的14次事件中，比较强烈的哨声波和Hall 磁场是一一对应的，因此哨声波可能主要是在Hall磁场的四极结构区激发的. 相似文献
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J. Bošková F. Jiříček E. E. Titova T. A. Yakhnina 《Studia Geophysica et Geodaetica》1990,34(3):269-277
Summary After a fractional-hop whistler, a trace of limited frequency range with somewhat higher dispersion, markedly growing when approaching the lower cutoff frequency, is frequently observed on spectrograms of broadband VLF measurements made by satellites moving in the outer ionosphere. This phenomenon, which we have called LHR spheric, has been studied on VLF measurements made by the Interkosmos-14 satellite in the height range of 500–1700 km. The results show that LHR spherics are created by the same mechanism as LHR whistlers that sometimes appear after ducted whistlers. In this event, it is a part of the electromagnetic energy radiated by a lightning flash which, on passing trough the ionosphere, has been transformed to quasi-electrostatic resonance waves. They reach the satellite in the same way as whistler-mode waves. Transformation of a part of the energy radiated by a lightning flash to electrostatic quasi-resonance waves is possible in the ionosphere due to the scattering of the original whistler wave on small-scale turbulence. 相似文献
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《Journal of Atmospheric and Solar》2000,62(17-18):1719-1733
Attention is focused here on the quasilinear and nonlinear physics of cyclotron interactions between magnetospheric whistler mode waves and energetic electrons on dipolar geomagnetic flux tubes. These interactions can lead to the generation of noise-like emissions or phase-coherent discrete signals in the frequency-time domain. In the magnetosphere noise-like emissions called hiss are accompanied by a smooth electron precipitation pattern. Examples of discrete emissions are ELF/VLF chorus or VLF emissions triggered by whistlers from lightning or by radio transmitters on the ground. The rapid temporal variations of these signals are associated with fine structure of the distribution function of the radiation belt electrons, such as a transient step-like deformation or a well-organized beam, which are prepared by initial noise-like emissions or by a quasimonochromatic whistler–wave packet, respectively. These cause the properties of the electrons, which may be observed on a satellite, to evolve rapidly in time and on relatively short spatial scales. Bursts of precipitating electrons occur, and can contribute significantly to depleting the radiation belts. Recent results on improvements in the theoretical understanding of such processes and on new observations of magnetospheric electrons and whistler-mode waves are presented. 相似文献
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本文理论分析了电子束沿地磁场穿越均匀、磁化等离子体密度跃变区域时，在弱磁场近似、哨声波激发、低频近似等几种典型情况下电子束流空间电荷波（Space charge wave）向电磁波的转换.先运用小信号假设求得电子束入射进均匀各向异性冷等离子体之后的色散关系和空间电荷波波数，然后借助于电磁波分量和电子束速度的边界条件，求解电子束在等离子浓度发生变化区域激发的波振幅，在几种典型情形下推导出空间电荷波转换为电磁波之间转换系数的近似解，给出了相应波辐射的坡印亭(Poynting)矢量表达式.结果表明，在渡越辐射（Transition radiation）情形下电子束可以在空间等离子体中激发出阿尔芬波（Alfven wave）和哨声波（Whistler wave）.所得结论可用于对主动空间试验结果的分析. 相似文献
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To improve the inversion accuracy of time-domain airborne electromagnetic data, we propose a parallel 3D inversion algorithm for airborne EM data based on the direct Gauss–Newton optimization. Forward modeling is performed in the frequency domain based on the scattered secondary electrical field. Then, the inverse Fourier transform and convolution of the transmitting waveform are used to calculate the EM responses and the sensitivity matrix in the time domain for arbitrary transmitting waves. To optimize the computational time and memory requirements, we use the EM “footprint” concept to reduce the model size and obtain the sparse sensitivity matrix. To improve the 3D inversion, we use the OpenMP library and parallel computing. We test the proposed 3D parallel inversion code using two synthetic datasets and a field dataset. The time-domain airborne EM inversion results suggest that the proposed algorithm is effective, efficient, and practical. 相似文献
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庐枞矿集区大地电磁测深强噪声的影响规律 总被引：14，自引：10，他引：4
天然大地电磁场信号微弱,极化方向随机,极易受电磁噪声污染.张量阻抗分析、远参考技术、Robust估计等对随机噪声和不相关噪声有比较好的压制效果,但对强的相关噪声目前还没有有效的压制方法.庐枞矿集区人烟稠密、工业发达,是我国著名的铁、铜、硫等矿产基地之一,区内强烈的工业、通讯、矿山、民用等电磁干扰严重污染了大地电磁测深数据.本文首先根据实测的电磁场时间域波形和卡尼亚电阻率测深曲线形态,挑选出基本未受噪声污染的测点(Y1650).然后利用数学形态学从受严重污染的电磁场时间序列中提取出类方波、三角波、阶跃、脉冲和充放电5种典型噪声的波形,并以不同的方式将这些噪声波形与Y1650的电磁场波形叠加,对比分析加噪后Y1650点电阻率和相位测深曲线的变化,进而归纳出典型强噪声对庐枞大地电磁测深资料的影响规律,为进一步压制强噪声和资料处理提供依据. 相似文献
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Liangguo Dong Zhongyi Fan Hongzhi Wang Benxin Chi Yuzhu Liu 《Geophysical Prospecting》2018,66(8):1503-1520
Reflection full waveform inversion can update subsurface velocity structure of the deeper part, but tends to get stuck in the local minima associated with the waveform misfit function. These local minima cause cycle skipping if the initial background velocity model is far from the true model. Since conventional reflection full waveform inversion using two‐way wave equation in time domain is computationally expensive and consumes a large amount of memory, we implement a correlation‐based reflection waveform inversion using one‐way wave equations to retrieve the background velocity. In this method, one‐way wave equations are used for the seismic wave forward modelling, migration/de‐migration and the gradient computation of objective function in frequency domain. Compared with the method using two‐way wave equation, the proposed method benefits from the lower computational cost of one‐way wave equations without significant accuracy reduction in the cases without steep dips. It also largely reduces the memory requirement by an order of magnitude than implementation using two‐way wave equation both for two‐ and three‐dimensional situations. Through numerical analysis, we also find that one‐way wave equations can better construct the low wavenumber reflection wavepath without producing high‐amplitude short‐wavelength components near the image points in the reflection full waveform inversion gradient. Synthetic test and real data application show that the proposed method efficiently updates the background velocity model. 相似文献