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高精度潮汐三维感应电磁场模拟及地磁卫星轨道需求分析
1
作者 任政勇 杨聪 +3 位作者 姚鸿波 唐旭 汤井田 张可可 《中国科学：地球科学》 CSCD 北大核心 2024年第1期172-185,共14页
地磁台站和地磁卫星能观测到饱含钠、氯离子运动海水切割地球主磁场产生的感应磁场数据.计算潮汐感应电磁场的三维高精度空间分布是从潮汐电磁数据中获得海洋底部电导率结构的关键,更是设计与优化地磁台站、电磁卫星轨道的重要依据.现... 地磁台站和地磁卫星能观测到饱含钠、氯离子运动海水切割地球主磁场产生的感应磁场数据.计算潮汐感应电磁场的三维高精度空间分布是从潮汐电磁数据中获得海洋底部电导率结构的关键,更是设计与优化地磁台站、电磁卫星轨道的重要依据.现有的潮汐(或运动海水)感应电磁场正演计算方法普遍存在难以精确模拟真实海岸线、不均匀陆地与海水表层、复杂地球深部结构影响的问题,从而降低潮汐感应电磁数据的解释水平.为解决此问题,本文开发了一种基于四面体单元的潮汐感应电磁场矢量有限元计算方法,具备精确模拟真实海岸线、不均匀陆地与海水表层、复杂地球深部结构影响的能力.首先,推导了运动海水感应电磁场满足的边值问题,结合四面体单元,利用矢量有限元计算方法求解了运动海水感应电磁场.然后,利用最新的海洋深度与海底沉积层模型,建立了包含真实海岸线、不均匀陆地与海水电导率分布的地球三维电导率模型,以M2潮汐激励源为例计算潮汐感应电磁场,通过与球谐有限元和积分方程结果的对比,来验证本文方法的正确性.最后,利用计算的高精度M2、N2和O1潮汐感应电磁场信号,筛选出能观测到强M2、N2和O1潮汐磁场信号的全球标准地磁台站,并预测了适用于潮汐信号观测的台站分布.另外,还计算了澳科一号及后续卫星450与200km轨道高度的潮汐感应磁场分布特性,计算结果表明:200km高度潮汐磁场幅度约为450km高度的2倍,M2、N2和O1潮汐在200km高度的感应磁场最大幅值分别为磁传感载荷测量精度(0.5nT)的8倍、2倍和3倍,近地200km低轨道具有探测新西兰、冰岛南部、印度洋南部、南极洲罗斯海域和鄂霍茨克海海底岩石圈和软流圈高分辨电性结构的巨大潜力,还具有研究大尺度海洋动力学过程与性质的潜力. 展开更多
关键词 运动海水 感应电磁场 潮汐 地磁卫星 澳科一号
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高精度感应地磁场正演模拟计算及其潜在应用分析 被引量：3
2
作者 姚鸿波 任政勇 +5 位作者 汤井田 林玉峰 殷长春 胡祥云 黄清华 张可可 《中国科学：地球科学》 CSCD 北大核心 2021年第10期1796-1812,共17页
覆盖全球的高精度地磁卫星数据促使我们研究基于全球电磁感应模型的地幔电导率反演算法,而反演的关键在于研发高精度和高效的地球电磁感应正演求解器.为克服现有正演求解器存在的难以处理复杂地球、求解方程病态、地表边界难处理、正演... 覆盖全球的高精度地磁卫星数据促使我们研究基于全球电磁感应模型的地幔电导率反演算法,而反演的关键在于研发高精度和高效的地球电磁感应正演求解器.为克服现有正演求解器存在的难以处理复杂地球、求解方程病态、地表边界难处理、正演功能难扩展到后续反演研究等缺陷,文章开发了一套基于势场方程的全新的全球尺度地球电磁感应有限元正演求解器.首先,利用Coulomb规范条件和电流密度连续性方程,获得了磁矢量势和电标量势的具有椭圆性质的总场控制方程.然后,从磁层环形电流源产生的一次场出发,建立用磁矢量势表示的外部场源数学模型,从而实现外部场源的边界条件加载方法;利用线性节点四面体有限单元,获得有限元线性方程组,并采用最新的代数多重网格预处理Krylov子空间FGMRES迭代法,结合多线程并行计算技术,实现大规模线性方程组的快速并行求解;采用局部加密的四面体网格以及加权移动最小二乘法,从磁场矢量势和电场标量势获得高精度电磁场.最后,使用理论模型验证了正演求解器的正确性.采用真实三维地球模型,计算了450和200km高度(即将发射的澳科卫星的预计飞行高度)的高精度感应地磁场正演响应.模型计算结果表明:(1)在450km高度的地幔感应磁场幅度为外部一次场源幅度的10~30%,地幔产生的感应磁场幅度可达10~30nT,远高于卫星观测精度.近地点200km高度的地磁场包含了更强的二次场信号.(2)海洋产生的感应磁场在450和200km卫星飞行高度可以达到5~30nT.海洋感应磁场具有明显的沿海岸线分布的特征,感应磁场的大小和分布与探测周期具有明显的相关性.因此,解释卫星感应磁场数据,需要仔细考虑海洋的影响.(3)文章研发的正演求解器具有模拟真实复杂三维地球、计算速度快、精度高等优点,该求解器为后续的卫星地磁感应数据反演� 展开更多
关键词 全球电磁模型 地磁卫星 澳科一号 有限元 地幔电导率
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外军遥感测绘卫星现状与趋势研究 被引量：1
3
作者 何骏 赵远方 《测绘与空间地理信息》 2013年第2期118-120,共3页
进入21世纪以来,遥感测绘卫星技术的飞速发展,以及在测绘领域的广泛应用,极大地改变了传统军事测绘的面貌。本文主要研究各军事强国遥感测绘卫星发展的现状,分别从高分辨率测绘卫星、雷达测绘卫星、重力测量卫星、雷达测高卫星以及地磁... 进入21世纪以来,遥感测绘卫星技术的飞速发展,以及在测绘领域的广泛应用,极大地改变了传统军事测绘的面貌。本文主要研究各军事强国遥感测绘卫星发展的现状,分别从高分辨率测绘卫星、雷达测绘卫星、重力测量卫星、雷达测高卫星以及地磁测量卫星进行分析比较,并总结其发展的趋势。 展开更多
关键词 遥感测绘 高分辨卫星 雷达卫星 重力测量卫星 雷达测高卫星 地磁测量卫星
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地磁测量卫星的矢量磁场在轨标定算法仿真 被引量：1
4
作者 杜雯 黄河 周军 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1193-1203,共11页
以SWARM为代表的高精度地磁测量卫星对地球磁场探测精度经过标定之后优于0.5 nT,对于开展地磁科学研究具有重要意义。地磁测量卫星通过安装在伸展杆上的矢量磁通门磁强计、标量磁强计和高精度星敏感器,获取测量方向的惯性空间姿态的地... 以SWARM为代表的高精度地磁测量卫星对地球磁场探测精度经过标定之后优于0.5 nT,对于开展地磁科学研究具有重要意义。地磁测量卫星通过安装在伸展杆上的矢量磁通门磁强计、标量磁强计和高精度星敏感器,获取测量方向的惯性空间姿态的地磁信息,其中高精度标量磁强计主要用于对磁通门矢量磁强计进行标定。针对地磁测量卫星,研究了矢量磁强计在轨测量误差的校正方法。考虑到矢量磁强计非正交角、标度因子以及偏差的影响,建立磁场矢量线性输出模型;结合标量磁强计的测量值分别设计基于小量近似的线性校正算法和基于参数辨识更新的非线性校正算法;校验两种算法的标定精度,并通过Tukey权重函数改善算法的鲁棒性。仿真结果表明,两种算法校正结果相似,磁场三轴误差可校正至0.5 nT以内,在标量磁强计存在异常值时仍具有较好的校正效果。 展开更多
关键词 地磁测量卫星 矢量磁强计 标量磁强计 误差校正
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多视场低磁星敏感器及其在磁测卫星中的应用
5
作者 许域菲 张祎 +2 位作者 孔祥龙 孙朔冬 赵强 《飞控与探测》 2021年第2期58-65,共8页
下一代地磁导航等空间任务对地球磁场测量卫星提出了迫切的需求,高精度地磁场测量卫星需要极高的姿态测量精度和空间剩磁环境,对星敏感器提出了新的要求。针对这一需求,研究了低剩磁高精度星敏感器的改进设计方法。采用三视场分体结构设... 下一代地磁导航等空间任务对地球磁场测量卫星提出了迫切的需求,高精度地磁场测量卫星需要极高的姿态测量精度和空间剩磁环境,对星敏感器提出了新的要求。针对这一需求,研究了低剩磁高精度星敏感器的改进设计方法。采用三视场分体结构设计,提高了数据更新率,通过数据融合提高了姿态确定精度,同时对光学头部进行了精细化降剩磁设计。仿真和测试结果表明,改进的星敏感器设计方法能够实现较低的剩磁和较高的定姿精度,满足地磁场测量卫星的应用需求,具有较高的应用价值。 展开更多
关键词 新型星敏感器 地磁场测量卫星 低剩磁 多视场 高精度
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