CN115561681B - 一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端 - Google Patents

一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端 Download PDF

Info

Publication number
CN115561681B
CN115561681B CN202211196945.6A CN202211196945A CN115561681B CN 115561681 B CN115561681 B CN 115561681B CN 202211196945 A CN202211196945 A CN 202211196945A CN 115561681 B CN115561681 B CN 115561681B
Authority
CN
China
Prior art keywords
magnetic field
satellite
disturbance
probe
observed
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN202211196945.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN115561681A (zh
Inventor
赵玖桐
宗秋刚
王永福
王劲松
于向前
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Peking University
Original Assignee
Peking University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Peking University filed Critical Peking University
Priority to CN202211196945.6A priority Critical patent/CN115561681B/zh
Publication of CN115561681A publication Critical patent/CN115561681A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN115561681B publication Critical patent/CN115561681B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00—Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/0023—Electronic aspects, e.g. circuits for stimulation, evaluation, control; Treating the measured signals; calibration
    • G01R33/0029—Treating the measured signals, e.g. removing offset or noise
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R35/00—Testing or calibrating of apparatus covered by the other groups of this subclass
    • G01R35/005—Calibrating; Standards or reference devices, e.g. voltage or resistance standards, "golden" references
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F17/00—Digital computing or data processing equipment or methods, specially adapted for specific functions
    • G06F17/10—Complex mathematical operations
    • G06F17/16—Matrix or vector computation, e.g. matrix-matrix or matrix-vector multiplication, matrix factorization
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/30—Assessment of water resources

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mathematical Physics (AREA)
  • Computational Mathematics (AREA)
  • Mathematical Analysis (AREA)
  • Mathematical Optimization (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • Pure & Applied Mathematics (AREA)
  • Data Mining & Analysis (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Computing Systems (AREA)
  • Algebra (AREA)
  • Databases & Information Systems (AREA)
  • Software Systems (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Measuring Magnetic Variables (AREA)

Abstract

本发明提供一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端，包括获取设置在卫星上的多个磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场；去除观测磁场中的背景磁场；鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动；当存在卫星本源扰动时，提取去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号；对于任意一个待修正磁场探头，基于待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算辅助磁场探头对待修正磁场探头的修正矩阵；基于所修正矩阵进行待修正磁场探头的观测磁场的修正。本发明的卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端在不影响真实物理信号的前提下，基于多个磁场探头对卫星本源的磁场扰动进行修正，快速精准，实用性强。

Description

一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端
技术领域
本发明涉及磁场测量的技术领域，特别是涉及一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端。
背景技术
空间磁场是地球科学、空间科学、空间天气、卫星导航等领域内非常重要的物理信息。其中，基于卫星的原位磁场测量在相关应用与科学研究中被广泛发展和使用。然而，空间原位磁场测量往往会受到卫星平台其他载荷以及卫星剩磁等因素的干扰，影响所测量磁场的准确度。因此，如何避免或修正卫星起源的磁场扰动是空间磁场测量技术中十分关健的一环。
传统的卫星平台使用“伸杆”技术，通过增加磁场测量仪器到卫星平台中心的距离，以减小起源于卫星平台的磁场干扰。然而，在实际应用中“伸杆”技术往往会受到卫星姿态，温度控制等技术因素的限制，也会为平台设计和电路布线带来困难。
鉴于上述原因，部分卫星平台采用了非伸杆式的磁强计的设计布局，如风云3号-E星。在非伸杆式的设计中，卫星的磁场干扰无法避免，只能消除。在只有一个磁场探头的卫星上，可以使用滤波算法对已知的特定频率范围内的扰动进行消除。然而，这种方法无法区分背景的磁场扰动和卫星本源性的磁场扰动。
发明内容
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端，在不影响真实物理信号的前提下，基于多个磁场探头对卫星本源的磁场扰动进行修正，快速精准，实用性强。
第一方面，本发明提供一种卫星磁场测量扰动修正方法，包括以下步骤：获取设置在卫星上的多个磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场；去除所述观测磁场中的背景磁场；鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动；当存在所述卫星本源扰动时，提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号；对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵；基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正。
在第一方面的一种实现方式中，去除所述观测磁场中的背景磁场包括以下步骤：
获取所述卫星位置；
基于所述卫星位置，计算国际地磁参考场模型在所述卫星坐标系下的模型磁场；
计算所述观测磁场与所述模型磁场之间的差值，以获取所述去除背景磁场的观测磁场。
在第一方面的一种实现方式中，鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动包括以下步骤：
选取满足预设要求的时间和卫星位置作为鉴定范围；
在所述鉴定范围内，对所述去除背景磁场的观测磁场进行频谱分析；
当频谱中存在至少预设时长存在且频率固定为f0的强度峰值、所述去除背景磁场的观测磁场的三分量在频率f0处的频谱强度不随时间显著变化、所述鉴定范围内各个磁场探头的扰动强度有显著差异时，鉴定所述去除背景磁场的观测磁场中存在频率为f0的卫星本源扰动。
在第一方面的一种实现方式中，提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号采用以下任一方式：
基于带通滤波器对所述除背景磁场的观测磁场进行滤波，以获取所述扰动信号；
计算所述去除背景磁场的观测磁场在预设时间窗口下的滑动平均值，所述去除背景磁场的观测磁场与所述滑动平均值的差值作为所述扰动信号。
在第一方面的一种实现方式中，对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵包括以下步骤：
选取满足预设要求的时间和卫星位置作为修正矩阵求解范围；
在所述修正矩阵求解范围内，计算所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头之间的扰动分量ΔDij＝Di-Dj，其中Di和Dj分别为所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头对应扰动信号；
计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵
Figure BDA0003869815550000021
在第一方面的一种实现方式中，基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正包括以下步骤：
根据B′i＝Bi-Aij(Bi-Bj)获取在卫星坐标系下经由所述辅助磁场探头修正后的所述待修正磁场探头的观测磁场，其中Bi和Bj分别表示所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场，Aij表示所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵。
在第一方面的一种实现方式中，还包括对所述待修正磁场探头的观测磁场进行至少一次迭代修正；每次迭代修正包括以下步骤：
将所述待修正磁场探头的观测磁场更新为上次修正得到的观测磁场；
在剩余的磁场探头中选择一个磁场探头作为更新后的辅助磁场探头；
基于所述待修正磁场探头的观测磁场和所述更新后的辅助磁场探头的观测磁场计算所述更新后的辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵，并基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正。
第二方面，本发明通过一种卫星磁场测量扰动修正系统，包括获取模块、去除模块、鉴定模块、提取模块、计算模块和修正模块；
所述获取模块用于获取设置在卫星上的多个磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场；
所述去除模块用于去除所述观测磁场中的背景磁场；
所述鉴定模块用于鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动；
所述提取模块用于当存在所述卫星本源扰动时，提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号；
所述计算模块用于对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵；
所述修正模块用于基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正对于任一磁场探头，基于所对应的一个或多个修正矩阵进行所述观测磁场的修正。
第三方面，本发明提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的卫星磁场测量扰动修正方法。
第四方面，本发明提供一种卫星磁场测量扰动修正终端，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述卫星磁场测量扰动修正终端执行上述的卫星磁场测量扰动修正方法。
如上所述，本发明的卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端，具有以下有益效果：
(1)利用卫星的多个非伸杆式磁场探头的多点测量来实现卫星磁场的扰动修正，系统建立成本、维护成本较低；
(2)只消除卫星本源的扰动，不会对空间中真实波动的测量产生影响，计算精度高；
(3)各个时间点的修正数据相互独立，不会受坏点、断点等数据缺陷的影响；
(4)适用于长时间的地磁修正，实用性强。
附图说明
图1显示为本发明的卫星磁场测量扰动修正方法于一实施例中的流程图；
图2显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头在5分钟内所观测到的去除背景磁场后的磁场信号；
图3显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头在5分钟内所观测到的去除背景磁场后的磁场信号、三分量小波功率谱总和；
图4显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头在地理坐标系下的三分量在0.095赫兹频率处的扰动功率；
图5显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头在卫星坐标系下的三分量在0.095赫兹频率处的扰动功率；
图6显示为风云3号E星DCMag-1,2,3,4磁场探头在0.095赫兹频率处的扰动总功率；
图7显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头磁场原始信号X分量、经带通滤波所提取出的扰动信号、以及了带阻滤波去除扰动之后的磁场信号；
图8显示为风云3号E星DCMag-1,2磁场探头磁场信号经带通滤波所提取出的扰动信号、以及基于修正矩阵修正后的磁场信号与原始信号对比图，其中修正矩阵求解范围为2021年10月15日16时15分至16时40分，数据展示范围为同日16时25分至16时30分；
图9显示为风云3号E星DCMag-1,2磁场探头磁场信号经带通滤波所提取出的扰动信号，以及基于修正矩阵修正后的磁场信号与原始信号对比图，其中修正矩阵求解范围为2021年10月15日16时15分至16时40分，数据展示范围为2022年8月22日1时50分至1时55分；
图10显示为经三轮迭代后，风云3号E星DCMag-1,2,3,4磁场探头磁场信号示意图；其中修正矩阵求解范围为2021年10月15日16时15分至16时40分，数据展示范围为同日16时25分至16时30分；
图11显示为本发明的卫星磁场测量扰动修正系统于一实施例中的结构示意图；
图12显示为本发明的卫星磁场测量扰动修正终端于一实施例中的结构示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
本发明的卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端能够在不影响真实物理信号的前提下，基于多个磁场探头对卫星本源的磁场扰动进行修正，且只消除卫星本源的扰动，不会对空间中真实波动的测量产生影响。其中，磁场探头用于测定地磁场的大小与方向，即测定航天器所在处地磁场强度矢量在本体系中的分量。在本发明中，磁场探头可采用磁强计。
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行详细描述。
如图1所示，于一实施例中，本发明的卫星磁场测量扰动修正方法包括以下步骤：
步骤S1、获取设置在卫星上的多个磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场。
具体地，在卫星上设置多个磁场探头。所述磁场探头用于采集所述卫星在卫星坐标系下的观测磁场。优选地，所述卫星可采用风云3号-E卫星。该卫星携带有4组巨磁阻磁强计探头，是一颗太阳同步轨道卫星，轨道倾角小，主要经历晨侧6点地方时以及昏测18点地方时。
步骤S2、去除所述观测磁场中的背景磁场。
具体地，为了实现卫星本源扰动的准确识别，本发明首先需要去除所述观测磁场中的背景磁场。于一实施例中，去除所述观测磁场中的背景磁场包括以下步骤：
21)获取所述卫星位置。
22)基于所述卫星位置，计算国际地磁参考场模型在所述卫星坐标系下的模型磁场。
其中，在所述卫星坐标系下，计算国际地磁参考场模型在所述卫星位置处的模型磁场Bmodel。
23)计算所述观测磁场与所述模型磁场之间的差值，以获取所述去除背景磁场的观测磁场。
其中，根据δBi＝Bi-Bmodel计算所述观测磁场与所述模型磁场之间的差值，Bi表示所述卫星坐标系下第i个磁场探头的观测磁场，δBi表示所述第i个磁场探头所采集的去除背景磁场的观测磁场。
步骤S3、鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动。
具体地，鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动包括以下步骤：
31)选取满足预设要求的时间和卫星位置作为鉴定范围。
其中，所述时间要求为选取地磁活动相对平静的时间，避开磁暴期间。所述卫星位置要求为避开南大西洋异常区、辐射带、场向电流、极光卵所对应位置。
32)在所述鉴定范围内，对所述去除背景磁场的观测磁场进行频谱分析。
其中，在所述鉴定范围内，对每个磁场探头的去除背景磁场的观测磁场进行频谱分析。
33)当频谱中存在至少预设时长存在且频率固定为f0的强度峰值、所述去除背景磁场的观测磁场的三分量在频率f0处的频谱强度不随时间显著变化、所述鉴定范围内各个磁场探头的扰动强度有显著差异时，鉴定所述去除背景磁场的观测磁场中存在频率为f0的卫星本源扰动。
其中，频谱分析后，观察频谱中是否存在至少预设时长存在且频率固定为f0的强度峰值；观察卫星坐标系下去除背景磁场的观测磁场的三分量在频率f0处的频谱强度是否随时间显著变化；比较所述鉴定范围内各个磁场探头的扰动强度是否有显著差异。当以上三个条件均满足时，判定卫星具有频率为f0的本源磁场扰动。
步骤S4、当存在所述卫星本源扰动时，提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号。
具体地，提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号采用以下任一方式：
41)基于带通滤波器对所述除背景磁场的观测磁场进行滤波，以获取所述扰动信号。
其中，Di＝bandpass(δBi)即为第i个磁场探头对应的扰动信号。Bandpass表示带通滤波器，该带通滤波器中心频率对应扰动信号的特征频率f0，优选为0.095赫兹。所述带通滤波器的带宽根据扰动信号的频谱展宽而定。对正弦型扰动，带宽一般不超过特征频率的10％，优选为0.01赫兹。优选地，所述带宽滤波器采用10阶巴特沃斯(Butterworth)滤波器。
42)计算所述去除背景磁场的观测磁场在预设时间窗口下的滑动平均值，所述去除背景磁场的观测磁场与所述滑动平均值的差值作为所述扰动信号。
其中，首先计算所述去除背景磁场的观测磁场在预设时间窗口Δt下的滑动平均值，再根据Di＝δBi-<δBi>Δt计算所述扰动信号，δBi表示所述卫星坐标系下第i个磁场探头的去除背景磁场的观测磁场，<δBi>Δt表示所述第i个磁场探头的去除背景磁场的观测磁场以Δt为时间窗口的滑动平均值。优选地，Δt取扰动信号的特征频率f0所对应周期的5倍。
步骤S5、对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵。
具体地，对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵包括以下步骤：
51)选取满足预设要求的时间和卫星位置作为修正矩阵求解范围。
其中，所述时间要求为选取地磁活动相对平静的时间，避开磁暴期间。所述卫星位置要求为避开南大西洋异常区、辐射带、场向电流、极光卵所对应位置。
52)在所述修正矩阵求解范围内，计算所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头之间的扰动分量ΔDij＝Di-Dj，其中Di和Dj分别为所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头对应扰动信号。
其中，在所述多个磁场探头中，在所述待修正磁场探头之外选择一个磁场探头作为辅助探头。所述修正矩阵求解范围内的数据采样数为n。Di，Dj均为3行n列矩阵，3行对应磁场三分量，n列对应修正矩阵求解范围内的n个采样点。
53)计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵
Figure BDA0003869815550000071
步骤S6、基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正。
具体地，当基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正时，根据B′i＝Bi-Aij(Bi-Bj)获取在卫星坐标系下经由所述辅助探头修正后的所述待修正磁场探头的观测磁场，其中Bi和Bj分别表示所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场，Aij表示所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵。
对于所述多个磁场探头，其可基于多个辅助探头进行观测磁场的修正，以修正不同频率的扰动。其中，最大迭代次数为磁场探头的个数减一。每次使用不同磁场探头作为辅助磁场探头。如第一次修正时以第1个磁场探头为待修正磁场探头，第2个磁场探头为辅助磁场探头；第二次修正时使用第3个磁场探头作为辅助磁场探头。故本发明的卫星磁场测量扰动修正还包括对所述待修正磁场探头的观测磁场进行至少一次迭代修正。具体地，每次迭代修正包括以下步骤：
a)将所述待修正磁场探头的观测磁场更新为上次修正得到的观测磁场。
b)在剩余的磁场探头中选择一个磁场探头作为更新后的辅助磁场探头。
c)基于所述待修正磁场探头的观测磁场和所述更新后的辅助磁场探头的观测磁场计算所述更新后的辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵，并基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正。其中，重新计算所述待修正磁场探头的观测磁场的扰动信号，并基于所述待修正磁场探头的观测磁场的扰动信号和所述更新后的辅助磁场探头的扰动信号计算所述更新后的辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵，最后基于所述修正矩阵实现所述待修正磁场探头的观测磁场的再次修正。具体地，将B′i作为输入，重复上述步骤S4-S6，进行下一轮迭代。优选地，在第二轮迭代中，步骤S4的带通滤波器的中心频率为0.125赫兹，带宽为0.01赫兹。第三轮迭代中，步骤S4的带通滤波器的中心频率为0.25赫兹，带宽为0.1赫兹，通过极小化背景总扰动强度从而提高信噪比。
需要说明的是，辅助磁场探头的选取遵循循环不重复的原则。例如，当磁场探头的个数为4个时，第一轮迭代中，以磁场探头2作为辅助磁场探头修正磁场探头1，以磁场探头3作为辅助磁场探头修正磁场探头2，以磁场探头4作为辅助磁场探头修正磁场探头3，以磁场探头1作为辅助磁场探头修正磁场探头4。第二轮迭代中，以磁场探头3作为辅助磁场探头修正磁场探头1，以磁场探头4作为辅助磁场探头修正磁场探头2，以磁场探头1作为辅助磁场探头修正磁场探头3，以磁场探头2作为辅助磁场探头修正磁场探头4。第三轮迭代中，以磁场探头4作为辅助磁场探头修正磁场探头1，以磁场探头1作为辅助磁场探头修正磁场探头2，以磁场探头2作为辅助磁场探头修正磁场探头3，以磁场探头3作为辅助磁场探头修正磁场探头4。
优选地，在完成所述待修正磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场修正后，将其转换为地理坐标系下的观测磁场。其中，在地理坐标系下所述待修正磁场探头修正后的观测磁场B′i，geo＝R×B′i，其中R表示卫星坐标系到地理坐标系的转换矩阵，B′i表示在卫星坐标系下所述待修正磁场探头修正后的观测磁场。
下面通过具体实施例来进一步阐述本发明的卫星磁场测量扰动修正方法。
图2显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头在5分钟内所观测到的去除背景磁场后的磁场信号。纵向分别对应地理坐标系下的地磁XYZ三分量，时间为2021年10月15日16时25分至16时30分，该时段内地磁扰动指数(Disturbance Storm Time，Dst)为-9纳特，卫星所处地理经度在东经20至30度之间，地理纬度在南纬15至40度之间，不在南大西洋异常区、辐射带、场向电流、极光卵所对应位置。
图3显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头在5分钟内所观测到的去背景后的磁场信号、三分量小波功率谱总和。
图4显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头在地理坐标系下的三分量在0.095赫兹频率处的扰动功率，其中扰动功率取小波功率每2分钟的平均值。
图5显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头在卫星坐标系下的三分量在0.095赫兹频率处的扰动功率，其中扰动功率取小波功率每2分钟的平均值。
图6显示为风云3号E星DCMag-1，2，3，4磁场探头在0.095赫兹频率处的扰动总功率。
图7显示为风云3号E星DCMag-1磁场探头磁场原始信号X分量，经带通滤波所提取出的扰动信号，以及了带阻滤波去除扰动之后的磁场信号。其中，所述带通滤波采用10阶带通巴特沃斯滤波器，中心频率为0.095赫兹，带宽为0.01赫兹。所述带阻滤波采用10阶带阻巴特沃斯滤波器，中心频率为0.095赫兹，带宽为0.01赫兹。
图8显示为风云3号E星DCMag-1，2磁场探头磁场信号经带通滤波所提取出的扰动信号，以及基于所求修正矩阵修正后的磁场信号与原始信号对比图。此处修正矩阵求解范围为2021年10月15日16时15分至16时40分，数据展示范围为同日16时25分至16时30分。其中，带通滤波采用10阶带通巴特沃斯滤波器，中心频率为0.095赫兹，带宽为0.01赫兹。
图9显示为风云3号E星DCMag-1,2磁场探头磁场信号经带通滤波所提取出的扰动信号，以及经上述算法一轮迭代后的磁场信号与原始信号对比图。其中，修正矩阵求解范围为2021年10月15日16时15分至16时40分，数据展示范围为2022年8月22日1时50分至1时55分。展示范围和修正矩阵求解范围存在10个自然月以上的时间差。
图10显示为经三轮迭代后，风云3号E星DCMag-1,2,3,4磁场探头磁场信号总览。自上而下分别是修正前探头1三分量小波功率谱总和、修正后信号三分量小波功率谱总和、地理坐标系下修正后的磁场信号时间序列(第三至第五子图中黑色实线)、地理坐标系下DCMag1,2,3,4原始信号所组成的包络线(第三至第五子图中灰色阴影)、修正前探头1三分量傅立叶功率谱总和(第六子图黑色实线)和修正后信号三分量傅立叶功率谱总和(第六子图灰色实线)。第六子图中文字显示为修正前后特定频率(0.095赫兹和0.125赫兹)附近的功率下降情况，此处以分贝数作参考。其中，修正矩阵求解范围为2021年10月15日16时15分至16时40分，数据展示范围为2022年8月22日1时50分至1时55分。
有图2-图10可知，本发明的卫星磁场测量扰动修正方法能够实现长时间的卫星磁场的扰动修正，精度高，实用性强。
如图11所示，于一实施例中，本发明的卫星磁场测量扰动修正系统包括获取模块111、去除模块112、鉴定模块113、提取模块114、计算模块115和修正模块116。
所述获取模块111用于获取设置在卫星上的多个磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场。
所述去除模块112与所述获取模块111相连，用于去除所述观测磁场中的背景磁场。
所述鉴定模块113与所述去除模块112相连，用于鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动。
所述提取模块114与所述鉴定模块113相连，用于当存在所述卫星本源扰动时，提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号。
所述计算模块115与所述提取模块114相连，用于对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵。
所述修正模块116与所述计算模块115相连，用于基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正对于任一磁场探头，基于所对应的一个或多个修正矩阵进行所述观测磁场的修正。
其中，获取模块111、去除模块112、鉴定模块113、提取模块114、计算模块115和修正模块116的结构和原理与上述卫星磁场测量扰动修正方法中的步骤一一对应，故在此不再赘述。
需要说明的是，应理解以上装置的各个模块的划分仅仅是一种逻辑功能的划分，实际实现时可以全部或部分集成到一个物理实体上，也可以物理上分开。且这些模块可以全部以软件通过处理元件调用的形式实现；也可以全部以硬件的形式实现；还可以部分模块通过处理元件调用软件的形式实现，部分模块通过硬件的形式实现。例如，x模块可以为单独设立的处理元件，也可以集成在上述装置的某一个芯片中实现，此外，也可以以程序代码的形式存储于上述装置的存储器中，由上述装置的某一个处理元件调用并执行以上x模块的功能。其它模块的实现与之类似。此外这些模块全部或部分可以集成在一起，也可以独立实现。这里所述的处理元件可以是一种集成电路，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤或以上各个模块可以通过处理器元件中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
例如，以上这些模块可以是被配置成实施以上方法的一个或多个集成电路，例如：一个或多个特定集成电路(Application Specific Integrated Circuit，简称ASIC)，或，一个或多个微处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)，或，一个或者多个现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称FPGA)等。再如，当以上某个模块通过处理元件调度程序代码的形式实现时，该处理元件可以是通用处理器，例如中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)或其它可以调用程序代码的处理器。再如，这些模块可以集成在一起，以片上系统(system-on-a-chip，简称SOC)的形式实现。
本发明的存储介质上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的卫星磁场测量扰动修正方法。所述存储介质包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
如图12所示，于一实施例中，本发明的卫星磁场测量扰动修正终端包括：处理器121及存储器122。
所述存储器122用于存储计算机程序。
所述存储器122包括：ROM、RAM、磁碟、U盘、存储卡或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
所述处理器121与所述存储器122相连，用于执行所述存储器122存储的计算机程序，以使所述卫星磁场测量扰动修正终端执行上述的卫星磁场测量扰动修正方法。
优选地，所述处理器121可以是通用处理器，包括中央处理器(CentralProcessing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称DSP)、专用集成电路(ApplicationSpecific Integrated Circuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field ProgrammableGate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。
综上所述，本发明的卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端利用卫星的多个非伸杆式磁场探头的多点测量来实现卫星磁场的扰动修正，系统建立成本、维护成本较低；只消除卫星本源的扰动，不会对空间中真实波动的测量产生影响，计算精度高；各个时间点的修正数据相互独立，不会受坏点、断点等数据缺陷的影响；适用于长时间的地磁修正，实用性强。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种卫星磁场测量扰动修正方法，其特征在于：包括以下步骤：
获取设置在卫星上的多个磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场；
去除所述观测磁场中的背景磁场；
鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动；
当存在所述卫星本源扰动时，提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号；
对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵；
基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正。
2.根据权利要求1所述的卫星磁场测量扰动修正方法，其特征在于：去除所述观测磁场中的背景磁场包括以下步骤：
获取所述卫星位置；
基于所述卫星位置，计算国际地磁参考场模型在所述卫星坐标系下的模型磁场；
计算所述观测磁场与所述模型磁场之间的差值，以获取所述去除背景磁场的观测磁场。
3.根据权利要求1所述的卫星磁场测量扰动修正方法，其特征在于：鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动包括以下步骤：
选取满足预设要求的时间和卫星位置作为鉴定范围；
在所述鉴定范围内，对所述去除背景磁场的观测磁场进行频谱分析；
当频谱中存在至少预设时长存在且频率固定为f0的强度峰值、所述去除背景磁场的观测磁场的三分量在频率f0处的频谱强度不随时间显著变化、所述鉴定范围内各个磁场探头的扰动强度有显著差异时，鉴定所述去除背景磁场的观测磁场中存在频率为f0的卫星本源扰动。
4.根据权利要求1所述的卫星磁场测量扰动修正方法，其特征在于：提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号采用以下任一方式：
基于带通滤波器对所述去除背景磁场的观测磁场进行滤波，以获取所述扰动信号；
计算所述去除背景磁场的观测磁场在预设时间窗口下的滑动平均值，所述去除背景磁场的观测磁场与所述滑动平均值的差值作为所述扰动信号。
5.根据权利要求1所述的卫星磁场测量扰动修正方法，其特征在于：对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵包括以下步骤：
选取满足预设要求的时间和卫星位置作为修正矩阵求解范围；
在所述修正矩阵求解范围内，计算所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头之间的扰动分量ΔDij＝Di-Dj，其中Di和Dj分别为所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头对应扰动信号；
计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵
Figure FDA0004103053390000021
6.根据权利要求1所述的卫星磁场测量扰动修正方法，其特征在于：基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正包括以下步骤：
根据Bi ′＝Bi-Aij(Bi-Bj)获取在卫星坐标系下经由所述辅助磁场探头修正后的所述待修正磁场探头的观测磁场，其中Bi和Bj分别表示所述待修正磁场探头和所述辅助磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场，Aij表示所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵。
7.根据权利要求6所述的卫星磁场测量扰动修正方法，其特征在于：还包括对所述待修正磁场探头的观测磁场进行至少一次迭代修正；每次迭代修正包括以下步骤：
将所述待修正磁场探头的观测磁场更新为上次修正得到的观测磁场；
在剩余的磁场探头中选择一个磁场探头作为更新后的辅助磁场探头；
基于所述待修正磁场探头的观测磁场和所述更新后的辅助磁场探头的观测磁场计算所述更新后的辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵，并基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正。
8.一种卫星磁场测量扰动修正系统，其特征在于：包括获取模块、去除模块、鉴定模块、提取模块、计算模块和修正模块；
所述获取模块用于获取设置在卫星上的多个磁场探头在卫星坐标系下的观测磁场；
所述去除模块用于去除所述观测磁场中的背景磁场；
所述鉴定模块用于鉴定去除背景磁场的观测磁场中是否存在卫星本源扰动；
所述提取模块用于当存在所述卫星本源扰动时，提取所述去除背景磁场的观测磁场中的扰动信号；
所述计算模块用于对于任意一个待修正磁场探头，基于所述待修正磁场探头和所选择的辅助磁场探头对应的扰动信号计算所述辅助磁场探头对所述待修正磁场探头的修正矩阵；
所述修正模块用于基于所述修正矩阵进行所述待修正磁场探头的观测磁场的修正，对于任一磁场探头基于所对应的一个或多个修正矩阵进行所述观测磁场的修正。
9.一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的卫星磁场测量扰动修正方法。
10.一种卫星磁场测量扰动修正终端，其特征在于，包括：处理器及存储器；
所述存储器用于存储计算机程序；
所述处理器用于执行所述存储器存储的计算机程序，以使所述卫星磁场测量扰动修正终端执行权利要求1至7中任一项所述的卫星磁场测量扰动修正方法。
CN202211196945.6A 2022-09-28 2022-09-28 一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端 Active CN115561681B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211196945.6A CN115561681B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202211196945.6A CN115561681B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN115561681A CN115561681A (zh) 2023-01-03
CN115561681B true CN115561681B (zh) 2023-05-23

Family

ID=84742311

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN202211196945.6A Active CN115561681B (zh) 2022-09-28 2022-09-28 一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN115561681B (zh)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108919368A (zh) * 2018-04-03 2018-11-30 北京航天控制仪器研究所 一种用于消除微小卫星剩磁干扰的系统及方法
CN109828162A (zh) * 2019-03-18 2019-05-31 百度在线网络技术（北京）有限公司 电磁干扰预测方法及系统
CN114152990A (zh) * 2021-11-29 2022-03-08 北京大学 一种地磁ap指数计算方法及系统、存储介质及终端

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH10185974A (ja) * 1996-12-26 1998-07-14 Ricoh Co Ltd 電磁障害測定装置
US9915550B2 (en) * 2012-08-02 2018-03-13 Memsic, Inc. Method and apparatus for data fusion of a three-axis magnetometer and three axis accelerometer
EP3039435B1 (en) * 2013-08-30 2020-01-15 Honeywell International Inc. Stray magnetic field rejection for in-hole current-measurement systems
CN106154057B (zh) * 2016-07-08 2018-08-31 北京航空航天大学 一种通过改变电磁场探头位置研究探头微扰动性的方法
CN107511834B (zh) * 2017-08-24 2019-07-16 自然资源部第二海洋研究所 一种具有磁力仪延伸杆的水下机器人及磁力仪磁干扰的海上校正方法
CN109142891A (zh) * 2018-09-25 2019-01-04 北京理工大学 基于里德堡原子量子相干效应的天线近场测试探头及方法
WO2020062089A1 (zh) * 2018-09-28 2020-04-02 深圳市大疆创新科技有限公司 磁传感器校准方法以及可移动平台
WO2022051471A1 (en) * 2020-09-02 2022-03-10 The Johns Hopkins University Estimating magnetic field using a network of satellites
CN114154323B (zh) * 2021-11-29 2024-06-21 北京大学 一种地磁Dst指数计算方法及系统、存储介质及终端

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108919368A (zh) * 2018-04-03 2018-11-30 北京航天控制仪器研究所 一种用于消除微小卫星剩磁干扰的系统及方法
CN109828162A (zh) * 2019-03-18 2019-05-31 百度在线网络技术（北京）有限公司 电磁干扰预测方法及系统
CN114152990A (zh) * 2021-11-29 2022-03-08 北京大学 一种地磁ap指数计算方法及系统、存储介质及终端

Also Published As

Publication number Publication date
CN115561681A (zh) 2023-01-03

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Shapiro et al. Measurement of the Solar Gravitational Deflection of Radio Waves using Geodetic<? format?> Very-Long-Baseline Interferometry Data, 1979–1999
CN114091613B (zh) 一种基于高分联合组网数据的森林生物量估算方法
US20240012171A1 (en) Estimating magnetic field using a network of satellites
Soldo et al. Mitigation of RFIs for SMOS: A distributed approach
Herrault et al. A comparative study of geometric transformation models for the historical" Map of France" registration
Alerskans et al. Construction of a climate data record of sea surface temperature from passive microwave measurements
CN114814839B (zh) 基于InSAR相位梯度堆叠的广域地表形变探测方法及系统
CN115561681B (zh) 一种卫星磁场测量扰动修正方法及系统、存储介质及终端
Park et al. Using “Rapid Revisit” CYGNSS wind speed measurements to detect convective activity
Yao et al. Evolution of Nonparametric Morphology of Galaxies in the JWST CEERS Field at z≃ 0.8–3.0
CN103808413A (zh) 基于噪声分离的温度与比辐射率分离的方法及装置
CN108303753B (zh) 地磁矢量场观测数据一致性校正方法
CN116773516A (zh) 一种基于遥感数据的土壤碳含量分析系统
CN109633494A (zh) 航天器磁场分布信息成像方法
CN114154323B (zh) 一种地磁Dst指数计算方法及系统、存储介质及终端
CN114152990B (zh) 一种地磁ap指数计算方法及系统、存储介质及终端
CN113240340B (zh) 基于模糊分类的大豆种植区分析方法、装置、设备和介质
CN115639979A (zh) 基于随机森林回归模型的高分辨率spei数据集开发方法
CN115932154A (zh) 考虑土壤类型的土壤有机碳遥感制图方法
Shvets et al. Reconstruction of the global lightning distribution from ELF electromagnetic background signals
CN113282883B (zh) 一种逐日降水数据综合插值方法
CN108398683A (zh) 长时序自动干涉测量系统及方法
Somnath et al. Monitoring Land Use/Land Cover Changes Using Remote Sensing And Gis: A Case Study On Kanchrapara Municipality And Its Adjoining Area, West Bengal, India
CN117451631A (zh) 耕地变化检测方法、装置、电子设备和存储介质
CN116522252B (zh) 太阳辐射校准方法、装置、电子设备及存储介质

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant