[发明专利]基于变分模态分解的卫星磁场数据时变背景场建立方法

说明书

本发明为一种基于变分模态分解的卫星磁场数据时变背景场建立方法。读取Swarm A星的磁场Y分量数据，减去CHAOS‑6磁场模型数据去除主磁场的影响，剔除无效轨道；利用变分模态分解将磁场Y分量分解成2个模态，将不同的特征分离到不同的模态中去；通过各个模态与相应地磁指数的对比，找出与地磁活动相关性高的模态并将其去除；选择研究时间范围、研究区域，以一个小时为时间间隔，将该区域内的轨道数据划分到24个当地时间范围；将该区域网格化，剔除受地震影响的轨道数据；计算磁场Y分量能量的均值作为背景值并拟合网格内24个当地时间的背景值。利用变分模态分解将信号的特征进行分离，去除地磁活动干扰，同时对信号滤除高斯噪声，建立精确的时变背景场。

技术领域

本发明属于电离层磁场数据时变背景场技术领域，具体地而言为一种基于变分模态分解的卫星磁场数据时变背景场建立方法。

背景技术

地震灾害是地球上经常发生的一种自然灾害，是不可避免的。近年来，越来越多的研究表明，电磁异常对短临地震十分敏感。相较地面观测，电磁卫星技术具有全天候、全球性等优势。1958年，前苏联发射了第一颗地磁测量卫星SPUTNIK－3，2004年，法国发射了DEMETER卫星，其目的旨在检测和研究与地震活动相关的电离层电磁扰动。国内外学者研究了DEMETER卫星观测到的各种数据，比如电场、磁场、离子密度、离子温度、电子密度、电子温度、高能粒子通量等，结果表明，在地震前后均有电磁异常现象。2013年，欧洲航天局发射了Swarm卫星，其目的旨在精确测量地球磁场。

目前对电磁背景场的构建和电磁异常提取展开了深入研究，但已有的研究仅考虑电磁背景场的年变化，昼夜变化，季节变化等，没有考虑电磁背景场的当地时间变化，而电磁背景场的当地时间变化也有较大的差异。因此，基于Swarm卫星磁场数据的时变背景场建立是可行的。

CN110794464A公开了一种基于非震动态背景场的地震TEC异常信息提取方法，考虑TEC自身的周期性变化、太阳活动等空间环境的干扰，利用支持向量机回归模型(SVR)构建太阳活动、地磁活动指数与TEC原始信号减去TEC自身周期成分的残差之间的回归模型，从而建立非震动态TEC背景场，以减少地震电离层TEC异常信息提取过程中其它非震因素带来的干扰和误差，提高地震TEC异常检测的准确率，降低虚警率。

CN109409230A公开了一种空地数据互增强的震前热异常自动分级方法，基于遥感数据获取兴趣区域待提取的亮温图像，通过前置滑窗选择与待提取亮温图像方差最小的待选背景场亮温图像作为背景场图像；对处理后的待提取亮温图像和背景场图像进行地表温度反演，基于权重配比得到均衡地表温度进而获取热红外异常提取图像。

袁媛等利用2013-2016年间历年同期5月和同季度(4-6月)的中分辨率成像光谱仪(MODIS)卫星热红外海表温度SST数据的均值构建背景场，从而得到研究区域在2013-2016年间历年同月和同季度的SST背景场分布状况，并基于建立的背景场提取中国台湾新北海域MS6.2地震的热红外异常。杨牧萍在剔除受地磁活动影响的数据后，基于网格化对DEMETER卫星的电场VLF功率谱数据求取网格中的中值作为背景值，并分析东北亚地区背景场的年变化、昼夜变化、季节变化。

DEMETER卫星成功发射以后，学者们做了较多的电离层背景场研究。但到目前为止，尚未有基于变分模态分解的卫星磁场数据时变背景场建立方法，即使是对卫星磁场数据建立背景场，也只对静磁时间段的数据进行分析，没有将地磁活动的影响去除后建立背景场。且已有的研究仅考虑电磁背景场的年变化，昼夜变化，季节变化等，没有考虑电磁背景场随当地时间的变化。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供一种基于变分模态分解的卫星磁场数据时变背景场建立方法，利用变分模态分解去除地磁活动的影响，且变分模态分解的降噪功能可以对分解出的模态去除高斯噪声，同时弥补了以往只对静磁时间段的数据进行分析的不足，从而建立更加可靠的时变背景场。

本发明是这样实现的，一种基于变分模态分解的卫星磁场数据时变背景场建立方法，该方法包括：