电场探测仪数据处理方法及系统与流程

1.本发明涉及卫星遥感技术领域，特别是涉及一种电场探测仪数据处理方法及系统。


背景技术：

[0002]“张衡一号”卫星是中国第一颗自主研制的地球物理场卫星，电场探测仪是卫星上搭载的八种载荷之一。“张衡一号”电磁卫星于2018年2月2日成功发射，该卫星搭载的全球导航卫星系统无线电掩星(gro)接收机具备了全球定位系统(gps)卫星和北斗导航系统(bd)卫星的掩星观测功能。


技术实现要素：

[0003]
本发明要解决的技术问题是提供一种电场探测仪数据处理方法及系统，能够将卫星上感应式磁力仪的原始探测数据进行处理，生成实际可用的数据产品。
[0004]
为解决上述技术问题，本发明提供了一种电场探测仪数据处理方法，所述方法包括：对电场探测0级数据进行物理量生成、传递函数修正、电场值计算、正交性校正以及功率谱密度计算得到1级数据；将地震事件、空间天气指数的信息与每轨数据时空匹配，通过坐标变换得到地球坐标系和地理坐标系下的2 级数据；lf频段数据需要消除感生电动势得到2a级数据；在2级和2a级数据的基础上，对观测数据沿纬度进行数据重组分析得到3级数据产品和图像产品；在2级和2a级数据的基础上，对观测数据在空间上进行数据重组分析得到4级数据产品和图像产品；
[0005]
其中，1级数据产品包括：对0级数据经过格式转换、定标处理后生成的按时间排列的四个频段三分量电场波形和功率谱密度数据；2级数据产品包括：对1级数据进行坐标转换，生成带有地理和地磁坐标系、时间、位置的四个频段三分量电场时域和功率谱密度数据；2a级数据产品包括：对2a级数据消除地球基本磁场对ulf频段电场波形观测数据的附加电场影响(vs
×
b)，生成带有地理和地磁坐标系、时间、位置且已去除感应电动势的ulf频段三分量电场波形数据；3级数据产品包括：在2级数据的基础上，对近直流频段的波形数据和全频段的功率谱数据按照固定的纬度间隔进行重采样，生成全球范围及中国区域的重访轨道观测数据的时间序列产品及图像，标注地震及磁情指数信息；4级数据产品包括：在2级数据基础上，生成全球范围及中国区域上空电场的动态变化及其相对于背景场的变化幅度。
[0006]
在一些实施方式中，对电场探测0级数据进行物理量生成、传递函数修正、电场值计算、正交性校正以及功率谱密度计算得到1级数据包括：ulf/elf时域数据的计算过程、vlf/hf时域数据的计算过程、vlf/hf频域数据的计算过程。
[0007]
在一些实施方式中，ulf/elf时域数据的计算过程、vlf/hf时域数据的计算过程、vlf/hf频域数据的计算过程均包括：物理量生成、传递函数修正、电场值计算、正交性校正以及功率谱密度计算的步骤。
[0008]
在一些实施方式中，将地震事件、空间天气指数的信息与每轨数据时空匹配，通过
坐标变换得到地球坐标系和地理坐标系下的2级数据，包括：根据卫星-地理坐标系转换矩阵，由卫星坐标系转换到地理坐标系；根据地理-地磁坐标系转换矩阵，由地理坐标系转换到地磁坐标系。
[0009]
在一些实施方式中，根据卫星-地理坐标系转换矩阵，由卫星坐标系转换到地理坐标系，包括：根据如下公式进行转换：
[0010]egeo
＝me
sbc
[0011]
其中，e
sbc
表示卫星本体坐标系电场三分量，单位v/m，格式为7.6f，e
geo
表示地理坐标系电场三分量，单位v/m，，格式为7.6f，m表示卫星-地理坐标系转换矩阵；
[0012]
根据地理-地磁坐标系转换矩阵，由地理坐标系转换到地磁坐标系，包括：根据如下公式进行转换：
[0013]emag
＝c(t)e
geo
[0014]
其中，e
geo
表示地理坐标系电场三分量，单位v/m，格式为7.6f，e
mag
表示地磁坐标系电场三分量，单位v/m，格式为7.6f，c(t)表示地理-地磁坐标系转换矩阵。
[0015]
在一些实施方式中，ulf频段数据需要消除感生电动势得到2a级数据，包括：根据如下公式消除感生电动势：
[0016]e′
geo
＝e
geo-vs×b[0017]
其中，e
′
geo
为地理坐标系下实际空间电场，单位v/m，格式为7.6f；vs为卫星相对于地球的飞行速度，单位m/s，格式为7.6f；b为地球磁场，单位nt，格式为7.6f。
[0018]
在一些实施方式中，在2级和2a级数据的基础上，对观测数据沿纬度进行数据重组分析得到3级数据产品和图像产品，包括：获取本轨道对应的前 30天6条重访轨道数据，按纬度间隔0.01
°
和0.5
°
进行间隔划分，然后计算每0.01
°
/0.05
°
间隔内的中值、上下四分位点和四分位差；对当前观测的单轨数据，同样按以上间隔进行划分，并计算中值a5；利用前30天6条重访轨道数据的中值、上下四分位点及其四分位内差，计算上下界限；计算每个 0.01
°
/0.05
°
区域内，当前观测值与其前30天重访轨道上下界限的差值，根据当前观测数据是否超过上下界限，对每个0.15
°
/0.3区域点进行标记，正常为0，超出边界则标注出当前观测值与上下边界的差值d；对当前观测轨道数据以及之前30天内的6条重访轨道数据，采用滑动的方式，对每条轨道的以上步骤进行计算，并能将30天的6条重访数据展示在同一图上；标注地震记录、空间天气的信息生成3级数据，并完成数据处理报告。
[0019]
在一些实施方式中，在2级和2a级数据的基础上，对观测数据在空间上进行数据重组分析得到4级数据产品和图像产品，包括：按照30天时间间隔及5
°×
2.5
°
空间间隔，滑动选取全球和中国区域上空的各特征频段的功率谱数据，计算每个空间间隔内所有轨道的中值、四分位点及分位差，以及上下界限d，并通过对各个间隔内中值进行插值，得到全球及全国范围空间分布背景场；以当前5天时间间隔及5
°×
2.5
°
空间间隔，计算观测得到电子密度、电子温度在每个空间间隔内所有轨道的中值b
5i
，并通过对各个间隔内中值b
5i
进行插值，得到全球及全国的空间分布图，滑动更新每天的全球及全国范围空间分布图；计算每天每个间隔内电子密度、电子温度的中值b
5i
，与之前30天的背景中值的差值dbi＝b
5i-b
30i
；对每个格子内的差值进行归一化处理，gdbi＝ (b
5i-b
30i
)/b
30i
并通过对各个间隔内中值gdbi进行插值，得到全球及全国的每天动态变化空间分布图；计算每天每个间隔内电子密度、电子温度的中值b
5i
，与前30天重访轨道上下界限d的差值d，根据当前观测数据是否超过上下
界限，对每个间隔进行标记，正常为0，超出边界则标注出当前观测值与上下边界的差值d，并将超出边界的间隔标注在前移步计算的动态变化图上；标注地震记录、空间天气的信息生成4级数据，并完成数据处理报告。
[0020]
此外，本发明还提供了一种电场探测仪数据处理系统，所述系统包括：一个或多个处理器；存储装置，用于存储一个或多个程序，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行，使得所述一个或多个处理器实现根据前文所述的电场探测仪数据处理方法。
[0021]
采用这样的技术方案后，本发明至少具有以下优点：
[0022]
本发明提供的电场探测仪数据处理方法及系统，通过对电场探测仪0级数据进行温度修正、通道组合、正交性校正、坐标系转换、感应电势去除、上下限计算、数据标注的一系列操作，生成数据精度及格式均符合要求的数据产品。
附图说明
[0023]
上述仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，以下结合附图与具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
[0024]
图1是1-4级数据命名规则的原理示意图；
[0025]
图2是科学数据处理报告命名的示意图；
[0026]
图3是科学数据产品图像命名的示意图；
[0027]
图4是elf频段探头电位图；
[0028]
图5是elf频段电场波形；
[0029]
图6是vlf频段电场功率谱；
[0030]
图7是elf频段电场波形；
[0031]
图8是vlf频段电场功率谱；
[0032]
图9是电场探测仪3级数据示意图；
[0033]
图10是电场探测仪4级数据产品示意图；
[0034]
图11是电场仪1-4级数据处理流程图；
[0035]
图12是ulf频段时域数据处理流程图；
[0036]
图13是elf频段时域数据处理流程图；
[0037]
图14是vlf/hf频段时域数据处理流程图；
[0038]
图15是vlf/hf频段频域数据处理流程图；
[0039]
图16是1级数据生成2a级数据处理流程图；
[0040]
图17是2级数据生成2a级数据处理流程图；
[0041]
图18是电场探测仪2级到3级数据处理流程；
[0042]
图19是4级数据处理流程。
具体实施方式
[0043]
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
[0044]
1电场探测仪载荷简介
[0045]
电场探测仪(以下简称电场仪)是用于空间等离子体环境下的空间电场探测的仪
器，也是我国张衡一号卫星的主要载荷之一。电场仪采用主动式双探针探测原理，获取卫星轨道中国和全球空间电场探测数据。用于研究与地震孕育发生相关联的电磁场变化及其扰动机理，以及识别和提取与大震孕育发生过程有关的电磁场前兆信息。
[0046]
1.1数据产出
[0047]
电场仪按不同工作模式和频段，其科学数据产出速率也不同，详见表1。
[0048]
表1数据产出列表
[0049][0050]
考虑到hf数据质量核查需求，给出hf段的间断波形数据，vlf波形数据为50％占空比的间断数据。
[0051]
2电场探测仪数据产品
[0052]
2.1分级定义
[0053]
按照《卫星对地观测数据产品分类分级规则》(gb/t 32453-2015)，以及《电磁监测卫星数据产品分级及定义》，电场探测仪0-4级数据产品定义如下：
[0054]
0级数据产品：经过帧同步、解扰、纠错、去重、按时间排列得到的电场探测仪观测数据。
[0055]
1级数据产品：对0级数据经过格式转换、定标处理后生成的按时间排列的四个频段三分量电场波形和功率谱密度数据。
[0056]
2级数据产品：对1级数据进行坐标转换，生成带有地理和地磁坐标系、时间、位置的四个频段三分量电场时域和功率谱密度数据。
[0057]
2a级数据产品：对2a级数据消除地球基本磁场对ulf频段电场波形观测数据的附加电场影响(vs
×
b)，生成带有地理和地磁坐标系、时间、位置且已去除感应电动势的ulf三分量电场波形数据。
[0058]
3级数据产品：在2a级数据的基础上，对电场数据进行重采样生成全球范围及中国区域的重访轨道观测数据的时间序列产品，并标注磁情指数信息。
[0059]
4级数据产品：在2a级数据的基础上，按固定时间间隔及空间间隔，滑动选取全球范围和中国区域上空变化电场特征频段功率谱数据，得到空间分布背景场；以当前一个回归周期的观测得到变化电场特征频段功率谱的空间分布，减去之前若干回归周期的空间分
布背景场，获得动态变化幅度。
[0060]
2.2命名规则
[0061]
为了使各级数据产品检索查询方便，各级数据产品的命名应包含卫星名称、载荷名称、轨道号、数据起止时间等其它必要的标识。感应式磁力仪0～4 级数据产品、图像和处理报告的命名规则示例如图1所示。
[0062]
其中：
[0063]
(1)卫星名称(4位字符)：用cses表示；
[0064]
(2)卫星编号(1位数字)：从1开始，依次递增；
[0065]
(3)载荷编码(3个字符)：分别为hpm、scm、efd、lap、rpa、gro、tbb、 hep分别代表8个载荷；
[0066]
(4)载荷序号(1位数字)：用于区分一个载荷装载多个同类测项探头的情况，从1开始，依次递增，1代表编号为“1”的探头，2代表编号为“2”的探头，依次递推，如果不区分探头用0代表；除高能粒子载荷外，其他载荷均为0；对高能粒子载荷，1～4依次代表低能探头、高能探头、意大利载荷和 x射线；
[0067]
(5)数据分级编码(1位符号2位数字)：从左到右，第一位是“l”，右边两位表示数据级别，分别用00、01、02/2a、03和04表示0-4级；
[0068]
(6)观测对象编码(2位数字)：依据《地震电磁卫星测项分类与代码》(送审稿)，设置观测对象编码。对0级数据，观测对象编码为00；
[0069]
(7)轨道号(5位数字)：从星上时间为准，00001开始，用于按轨道组织数据文件，无法标注轨道号的数据产品以“00000”表示；
[0070]
(8)升降轨标志(1位数字)：升轨为1，降轨为0；
[0071]
(9)数据起始时间，采用14位数字表示，其中年(4位)、月(2位)、日 (2位)、时(2位)、分(2位)、秒(2位)；
[0072]
(10)数据结束时间，格式同(9)；
[0073]
(11)接收站编码(3位数字)：此项专门为三频信标接收机预留，对于感应式磁力仪不涉及地面接收站信息，因此标记为000；
[0074]
(12)文件扩展名：当文件扩展名为dat时，代表以二进制格式存储的数据文件；当文件扩展名为h5时，表示数据以hdf格式存储。
[0075]
对于科学数据处理报告命名，处理报告以txt为文件后缀，以ascii码格式存储，其命名是在科学数据命名的基础上，通过修改部分字段并添加相应的“_rp”后缀组成，即如图2所示。
[0076]
对于科学数据产品图像命名与处理报告文件命名类似，它是在科学数据命名的基础上，通过修改部分字段并添加相应的“_xx.png”后缀组成，示例如图3所示。
[0077]
(13)表示观测对象拓展代码，由两位字符组成，第一位用于区分不同区域：1表示中国地区，2表示全球，0表示不区分区域；第二位用于区分同一载荷的多张图像，从1开始依次递增。
[0078]
2.3各级数据产品介绍
[0079]
2.3.11级数据产品
[0080]
对0级数据经过格式转换、定标处理后生成的按时间排列的四个频段三分量电场
波形和功率谱密度数据。
[0081]
(1)1级科学数据
[0082]
电磁星电场仪1级数据产品内按工作模式归类：
[0083]
详查模式：
[0084]
(1)ulf和elf两个频段传感器电位波形数据
[0085]
(2)ulf、elf、vlf三分量波形数据；
[0086]
(3)18khz-3.5mhz频段三分量功率谱数据
[0087]
巡查模式：
[0088]
(1)ulf和elf两个频段传感器电位波形数据
[0089]
(2)ulf、elf和vlf三个频段三分量电场波形数据
[0090]
(3)vlf和hf三分量电场功率谱密度数据
[0091]
科学数据产品格式详见表2和表3。
[0092]
表2电场仪1级数据文件属性说明表
[0093][0094]
表3电场仪l1数据表说明表
[0095]
[0096][0097]
(2)1级图像产品
[0098]
电场仪1级数据图像产品分为半轨或实时的探头电位数据、电场波形数据和电场功率谱数据三种。其中dc～16hz(ulf)，6hz-2.2khz(elf)两个频段详查模式和巡查模式都为波形数据；1.8khz～20khz(vlf)详查模式为50％占空比波形数据，巡查模式为1024点功率谱数据；18khz～3.5mhz(hf)频段详查模式和巡查模式都为1024点功率谱数据。
[0099]
不同类型1级图像产品示意图如图4及图5所示。
[0100]
(3)1级处理报告
[0101]
电场仪1级数据处理报告组成要素:
[0102]
①
处理软件版本号：ver0.1
[0103]
②
起始时间：
[0104]
yyyymmdd hh:mm:ss.zzz
[0105]
③
输入数据：0级数据文件名
[0106]
④
辅助数据
[0107]
各频段物理量变换参数：
[0108]
各测量通道的传感器球心距离：
[0109]
各频段传递函数：
[0110]
各频段温度校正参数：
[0111]
⑤
处理过程
[0112]
结论：处理正常与否，是否缺数(数据包号-出错项)，数据文件损坏(包序号-时间)
[0113]
⑥
结束时间
[0114]
yyyymmdd hh:mm:ss.zzz
[0115]
⑦
输出数据:1级数据文件名
[0116]
2.3.22级数据产品
[0117]
2级数据产品：对1级数据进行坐标转换，生成带有地理和地磁坐标系、时间、位置的四个频段三分量电场时域和功率谱密度数据。
[0118]
2a级数据产品：对2a级数据消除地球基本磁场对ulf频段电场波形观测数据的附加电场影响(vs
×
b)，生成带有地理和地磁坐标系、时间、位置且已去除感应电动势的ulf频段三分量电场波形数据。
[0119]
(1)2级科学数据
[0120]
2级科学数据以不同的工作模式分类。
[0121]
◆
详查模式：
[0122]
dc-16hz，6hz-2.2khz，1.8khz-20khz三个频段三分量电场波形数据(dc-16hz，6hz-2.2khz频段为连续观测数据，1.8khz-20khz频段波形数据为 50％占空比的间断数据)
[0123]
18khz-3.5mhz频段三分量功率谱密度数据(每个采样周期产生1024点功率谱数据)
[0124]
◆
巡查模式：
[0125]
dc-16hz，6hz-2.2khz两个频段三分量电场波形数据(dc-16hz， 6hz-2.2khz频段为连续观测数据)
[0126]
1.8khz～20khz，18khz～3.5mhz两个频段三分量电场功率谱密度数据(每个采样周期产生1024点功率谱数据)
[0127]
科学数据产品格式详见表4和表5，2级和2a级数据表格式相同，通过文件名区分。
[0128]
表4电场仪2级和2a级数据文件属性说明
[0129][0130]
表5电场仪2和2a级数据表格式说明
[0131]
[0132][0133]
(2)2级图像产品
[0134]
电场仪2数据图像产品分为带有经纬度信息的半轨或实时电场波形数据和电场功率谱数据两种。其中dc～16hz(ulf)，6hz-2.2khz(elf)两个频段详查模式和巡查模式都为波形数据；1.8khz～20khz(vlf)详查模式为50％占空比波形数据，巡查模式为1024点功率谱数据；18khz～3.5mhz(hf)频段详查模式和巡查模式都为1024点功率谱数据。
[0135]
不同类型2图像产品示意图如图7和图8所示。
[0136]
(3)2级处理报告
[0137]
电场仪2级数据处理报告包括以下内容。
[0138]
(1)处理软件版本号：ver0.1
[0139]
(2)起始时间：
[0140]
yyyymmdd hh:mm:ss.zzz
[0141]
(3)输入数据:1级数据产品文件名
[0142]
(4)辅助数据
[0143]
●
坐标转换矩阵：传感器到卫星坐标系；卫星坐标系到地理坐标系；卫星坐标系到地磁坐标系
[0144]
(5)处理过程
[0145]
对于2a数据处理：获取卫星磁场数据和卫星速度数据情况，数据处理中去除vs
×
b附加电场影响生成2b级数据的处理信息
[0146]
(6)结论：处理正常与否
[0147]
(7)结束时间:yyyymmdd hh:mm:ss.zzz
[0148]
(8)输出数据：2级数据产品名
[0149]
2.3.33级数据产品
[0150]
3级数据是在2级数据的基础上，对近直流频段的波形数据和全频段的功率谱数据按照固定的纬度间隔(中国地区，从0
°‑
55
°
，间隔0.01
°
；全球范围，从65
°
s-65
°
n，间隔0.05
°
)进行重采样，生成全球范围及中国区域的重访轨道观测数据的时间序列产品及图像，标注地震及磁情指数信息。3级数据产品包括：科学数据及其图像和数据处理报告。
[0151]
(1)3级科学数据
[0152]
主要物理量包括(计量统计量时以四分位为例，求取背景值时以30天重访为例)：
[0153]
◆
ulf频段的波形重采样数据(当前轨道)
[0154]
◆
ulf频段的波形重采样数据中值(前30天重访数据)
[0155]
◆
ulf频段的波形重采样数据上四分位值(前30天重访数据)
[0156]
◆
ulf频段的波形重采样数据下四分位值(前30天重访数据)
[0157]
◆
ulf频段的波形重采样数据超界标识(0为未超界，其他表示相对上/ 下四分位距的距离)
[0158]
◆
ulf频段功率谱重采样数据(当前轨道)
[0159]
◆
ulf频段功率谱重采样数据中值(前30天重访数据)
[0160]
◆
ulf频段功率谱相对变化数据
[0161]
◆
elf频段功率谱重采样数据(当前轨道)
[0162]
◆
elf频段功率谱重采样数据中值(前30天重访数据)
[0163]
◆
elf频段功率谱相对变化数据
[0164]
◆
vlf频段功率谱重采样数据(当前轨道)
[0165]
◆
vlf频段功率谱重采样数据中值(前30天重访数据)
[0166]
◆
vlf频段功率谱相对变化数据
[0167]
◆
hf频段功率谱重采样数据(当前轨道)
[0168]
◆
hf频段功率谱重采样数据中值(前30天重访数据)
[0169]
◆
hf频段功率谱相对变化数据
[0170]
3级数据产品格式详见表6和表7，3级数据的示意图如图9所示。
[0171]
表6电场探测仪3级数据文件属性说明
[0172]
序号属性名称属性内容备注1payloadid仪器代码 2orbitnum轨道号 3orbittype轨道类别升轨、降轨4softversion程序版本号0.1
[0173]
表7电场探测仪3级数据表格式说明
[0174]
[0175]
[0176]
[0177]
[0178][0179]
(2)3级图像产品
[0180]
在图10中，从上到下一次为：ulf波形、elf时频图(当前轨道相对北京的差)，vlf时频图(当前轨道)，vlf时频图(当前轨道相对北京的差)，hf 时频图(当前轨道)，hf时频图(当前轨道相对背景的差)，当前轨道结束时刻前7条和轨道结束后2小时内的地震。
[0181]
(3)3级处理报告
[0182]
3级数据处理报告文件类型为txt文件。组成要素：
[0183]
①
处理软件版本号：ver0.1
[0184]
②
起始时间：yyyymmdd hh:mm:ss.zzz
[0185]
③
输入数据
[0186]
a)当前轨道：
[0187]
b)之前5条重访轨道的3级数据：
[0188]
c)缺失数据情况：
[0189]
④
辅助数据
[0190]
a)地震目录：
[0191]
b)磁情指数：当前5天的kp(3小时)、dst(1小时)、f107(1天)、ae (1分钟)
[0192]
⑤
处理方法：沿纬度按照0.01
°
/0.05
°
间隔采样，进而采样逐日滑动的四分位差方法；
[0193]
⑥
结束时间:yyyymmdd hh:mm:ss.zzz
[0194]
⑦
输出产品:3级数据产品文件名
[0195]
⑧
处理结果
[0196]
a)处理过程正常
[0197]
b)处理过程中35-40
°
的格子缺数
[0198]
⑨
异常情况说明
[0199]
2.3.4 4级数据产品
[0200]
4级数据是在2级数据基础上，生成全球范围及中国区域上空电场的动态变化及其相对于背景场的变化幅度。处理过程中所需辅助数据地震记录、磁情指数等。4级数据产品包括：科学数据、分布及变化趋势图和数据处理报告。
[0201]
4级数据是在2级数据基础上，生成全球范围及中国区域上空电场的动态变化及其相对于背景场的变化幅度。处理过程中所需辅助数据地震记录、磁情指数等。4级数据产品包括：科学数据、分布及变化趋势图和数据处理报告。
[0202]
(1)4级科学数据
[0203]
主要物理量包括(计量统计量时以四分位为例，求取背景值时以30天重访为例)：
[0204]
◆
当前5天全球/中国的电场仪功率谱中值；
[0205]
◆
前30天全球/中国的电场仪功率谱中值；
[0206]
◆
前30天全球/中国的电场仪功率谱上四分位；
[0207]
◆
前30天全球/中国的电场仪功率谱下四分位；
[0208]
◆
当前5天全球/中国的电场仪功率谱中值与前30天中值的差值；
[0209]
◆
当前5天全球/中国的电场仪功率谱中值与前30天中值的差值除以前30天中值；
[0210]
◆
超出界限的标注(上下界标识：0为正常；超出边界则标注出前观测值与上下边界的差值)。连续3个相邻格子，此判定方案后续可调
[0211]
4级数据产品格式详见表8和表9。
[0212]
表8电场探测仪4级数据文件属性说明
[0213]
序号属性名称属性内容备注1payloadid仪器代码 2softversion程序版本号1.13orbittype轨道类别 [0214] 表9电场探测仪4级数据表格式说明
[0215]
[0216]
[0217]
[0218]
[0219]
[0220][0221]
[0222]
(2)4级图像产品
[0223]
(1)电场仪功率谱分布及变化趋势图像
[0224]
◆
当前5天全球/中国的电场仪功率谱中值；
[0225]
◆
前30天全球/中国的电场仪功率谱中值；
[0226]
◆
当前5天全球/中国的电场仪功率谱中值与前30天中值的差值除以前 30天中值；
[0227]
根据区域，每个频段的每个分量有2张图，共4个频段，3个分量，因此共4*3*2＝24张图。每张图包含白天和晚上两种情况的当前5天中值、背景中值以及相对变化值。
[0228]
4级数据的示意图如图10所示。
[0229]
(3)4级处理报告
[0230]
4级数据处理报告文件类型为txt文件。组成要素：
[0231]
3级数据处理报告文件类型为txt文件。组成要素：
[0232]
①
处理软件版本号：ver0.1
[0233]
②
起始时间：yyyymmdd hh:mm:ss.zzz
[0234]
③
输入数据：2级数据文件名
[0235]
④
辅助数据
[0236]
c)地震目录：
[0237]
d)磁情指数：当前5天的kp(3小时)、dst(1小时)、f107(1天)、ae (1分钟)
[0238]
⑤
处理方法：全球网格处理，计算每个网格内数据中值相对背景值的变化，归一化提取异常；
[0239]
⑥
结束时间:yyyymmdd hh:mm:ss.zzz
[0240]
⑦
输出产品:4级数据产品文件名
[0241]
⑧
处理结果
[0242]
a)处理过程正常
[0243]
b)处理过程发生数据冗余溢出，程序终止因发生冗余错误导致程序中断，未生成相关图片和分析结果
[0244]
⑨
异常情况说明:列出现超界现象。
[0245]
2.4星务数据格式说明
[0246]
电场探测仪的在轨监控数据用于检测仪器的工作状态是否正常、稳定，初步确定载荷在轨状态。监控参数、数据处理方法其正常值范围如表10至表12 所示。
[0247]
表10电场探测仪速变遥测参数
[0248]
[0249]
[0250][0251]
注[1]：传感器电势说明：n为有符号整形量，长度24bits，2进制补码格式，高位在前，低位在后，最高位为符号位。
[0252]
注[2]：主备份状态说明：aah表示主份工作，bbh表示备份工作。
[0253]
注[3]：工作模式标志说明：aah表示巡查模式，55h表示详查模式，22h 表示数传测试模式。
[0254]
表11电场探测仪缓变遥测参数
[0255]
[0256][0257]
注[1]：hpi通讯自检标志说明：
[0258]
1)hpi通讯自检使用位标志标明各通讯缓冲区自检结果，0表示自检正常， 1表示自检异常：
[0259]
2)各标志位含义如下：
[0260]
bit0：hpiflag(hpi总标识区)
[0261]
bit1：hpiunuse(备用区)
[0262]
bit2：hpipreoff(预关机指令区)
[0263]
bit3：hpitime(校时指令区、启动采集指令区、温度数据区、同步区)
[0264]
bit4：hpibcgps(广播数据区)
[0265]
bit5：hpiulfdata(ulf数据循环缓冲区)
[0266]
bit6：hpiulfhead(ulf循环缓冲区头指针)
[0267]
bit7：hpiulftail(ulf循环缓冲区尾指针)
[0268]
注[2]：偏置电流值说明：n为无符号整形量，长度16bits，高位在前，低位在后，即n＝(w8*256+w9)。
[0269]
注[3]：运行错误标志：详细代码定义待定，要求按十六进制原码显示即可。
[0270]
表12电场探测仪直接遥测参数表(由星务负责采集的遥测参数)
[0271][0272]
3数据处理流程
[0273]
电场探测仪1-4级数据处理流程图如图11所示，其中ulf/elf时域数据处理方法相同，vlf/hf时域数据处理方法相同，vlf/hf频域数据处理方法相同，分别进行物理量生成、传递函数修正、电场值计算、正交性校正以及功率谱密度计算得到1级数据。在1级数据处理生成2级数据的过程中，通过坐标变换得到地球坐标系和地理坐标系下的2级数据，ulf频段数据需要消除感生电动势得到2a级数据。在2级和2a级数据的基础上，对观测数据沿纬度进行数据重组分析得到3级数据产品和图像产品，对观测数据在空间上进行数据重组分析得到4级数据产品和图像产品。
[0274]
4数据处理方法
[0275]
4.10级数据生成1级数据
[0276]
对于ulf和elf频段，电场仪测得的是各传感器的电位值，需要转换为电位差值，四个球型传感器与通道的对应关系如下：ch1：传感器a-传感器b； ch2：传感器c-传感器d；ch3：传感器a-传感器d。
[0277]
对于vlf频段数据，详查模式时电场仪给出的是两传感器之间的电位差，两传感器之间的电位差除以两传感器之间的距离得到电场值；巡查工作模式下电场仪给出的数据是傅里叶变换后的模数据，可由此计算功率谱密度。
[0278]
对于hf频段数据，详查模式和巡查模式均给出2048点时域波形数据和 1024点傅里叶变换后的模数据。其中，波形数据作为辅助监测数据，不作为对位发布的科学数据产品。电场仪正样件主份保留hf频段设计，备份去掉hf 频段部分。
[0279]
4.1.1ulf频段时域数据处理
[0280]
ulf频段时域数据处理流程包括物理量生成、温度修正、通道组合、电场值计算及正交性校正等步骤。ulf频段数据处理流程图见图12。
[0281]
(1)物理量生成
[0282]
电场仪ulf频段0级数据为24位有符号整型，量程为
±
10v。根据载荷厂家提供地面
标定数据中ulf物理量变换参数，可由公式(1)直接计算各探头电压量，计算公式如下：
[0283]va
＝za+sada[0284]vb
＝zb+sbdb[0285]vc
＝zc+scdc[0286]vd
＝zd+sdddꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0287]
式中：va、vb、vc、vd——各传感器电势，单位v，格式为10.6f；
[0288]zau
、z
bu
、z
cu
、z
du
——各传感器偏值，单位v，格式为10.6f；
[0289]sau
、s
bu
、s
cu
、s
du
——各传感器斜率，单位v，格式为10.6f；
[0290]
da、db、dc、dd——各传感器ulf原始数据，格式为二进制补码，24bits。
[0291]
(2)温度修正
[0292]
温度修正采用查表法，即依据由电场仪参数包获得的设备内部实时温度，对“ulf频段温度修正参数”进行查表，获得采样时刻的偏值修正值，并加以修正。
[0293]
温度修正计算公式如下：
[0294][0295]
式中：v
ta
、v
tb
、v
tc
、v
tc
——温度修正后的各传感器电势，单位v，格式为10.6f；z(wn)a、z(wn)b、z(wn)c、z(wn)d——各传感器在wn温度处的偏值修正值，单位v，格式为10.6f。
[0296]
(3)通道组合
[0297]
通道组合计算公式如下：
[0298]vch1
＝v
ta-v
tb
[0299]vch2
＝v
tc-v
td
[0300]vch3
＝v
ta-v
td
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(3)
[0301]
式中：vch1、vch2、vch3——各通道elf频段电势差，单位v，格式为 10.6f。vta、vtb、vtc、vtd——温度修正后的各传感器电势，单位v，格式为10.6f。
[0302]
(4)电场值计算及正交性校正
[0303]
电场仪的实际测量结果为各通道的传感器之间的表面电势差，除以探头间距离，得到各通道传感器之间的电场值，此时得到的电场值为非正交系下电场值，需要转换到正交坐标系，然后再转换到卫星本体坐标系。在此依据球形传感器在卫星坐标系下坐标位置，利用坐标转换矩阵将电场计算和坐标转换两步合并为一步，直接计算得到卫星本体坐标系下的正交电场值。
[0304]
设a-1为探头—卫星坐标系变换矩阵，vss为非正交各通道电势差三分量， esbc为卫星坐标系电场三分量，则：
[0305]esbc
＝a-1vss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0306]
式中：esbc，卫星坐标系电场三分量，单位v/m，格式为10.6f；
[0307]
vss——非正交各通道电势差三分量，单位v，，格式为 10.6f；a-1——探头—卫星坐标系变换矩阵，无单位。
[0308]
4.1.2 elf频段时域数据处理
[0309]
elf频段时域数据处理流程包括物理量生成、通道组合、电场值计算及正交性校正等步骤。elf频段数据处理流程图见图13。
[0310]
(1)物理量生成
[0311]
电场仪elf频段0级数据为24位有符号整型，量程为
±
10v。根据载荷厂家提供地面标定数据中elf物理量变换参数，可由公式(5)直接计算各探头电压量，计算公式如下：
[0312]va
＝za+sada[0313]vb
＝zb+sbdb[0314]vc
＝zc+scdc[0315]vd
＝zd+sdddꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)
[0316]
式中：va、vb、vc、vd——各传感器电势，单位v，格式为10.6f；z
ae
、z
be
、 z
ce
、z
de
——各传感器偏值，单位v，格式为10.6f；s
ae
、s
be
、s
ce
、s
de
——各传感器斜率，单位v，格式为10.6f；da、db、dc、dd——各传感器ulf/elf原始数据，格式为二进制补码，24bits。
[0317]
(2)通道组合
[0318]
通道组合计算公式如下：
[0319]vch1
＝v
a-vb[0320]vch2
＝v
c-vd[0321]vch3
＝v
a-vdꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(6)
[0322]
式中：v
ch1
、v
ch2
、v
ch3
——各通道elf频段电势差，单位v，格式为10.6f。
[0323]
(3)电场值计算及正交性校正
[0324]
电场仪的实际测量结果为各通道的传感器之间的表面电势差，除以探头间距离，得到各通道传感器之间的电场值，此时得到的电场值为非正交系下电场值，需要转换到正交坐标系，然后再转换到卫星本体坐标系。在此依据球形传感器在卫星坐标系下坐标位置，利用坐标转换矩阵将电场计算和坐标转换两步合并为一步，直接计算得到卫星本体坐标系下的正交电场值。
[0325]
设a-1为探头—卫星坐标系变换矩阵，vss为非正交各通道电势差三分量， esbc为卫星坐标系电场三分量，则：
[0326]esbc
＝a-1vss
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(7)
[0327]
式中：e
sbc
——卫星坐标系电场三分量，单位v/m，格式为 10.6f；
[0328]vss
——非正交各通道电势差三分量，单位v，，格式为 10.6f；a-1——探头—卫星坐标系变换矩阵，无单位。
[0329]
4.1.3 vlf/hf频段时域数据处理
[0330]
vlf/hf频段时域数据处理流程包括物理量生成、传递函数校正、电场值计算和时标插入等步骤，vlf和hf频段时域数据处理流程和方法是相同的。 vlf和hf频段数据处理流程图见图19，以下以vlf频段时域数据处理方法为例详细说明。
[0331]
(1)物理量生成
[0332]
vlf频段0级数据为24位有符号整型，量程为
±
10v。根据载荷厂家提供地面标定数据中vlf物理量变换参数，可由公式(8)直接计算各探头电压量，计算公式如下：
[0333]vch1_1
＝z
ch1
+s
ch1dch1
[0334]vch2_1
＝z
ch2
+s
ch2dch2
[0335]vch3 1
＝z
ch3
+s
ch3dch1
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0336]
式中：v
ch1
、v
ch2
、v
ch3
——各通道电势差，单位v，格式为10.6f；
[0337]zch1
、z
ch2
、z
ch3
——各通道偏值，单位v，格式为10.6f；
[0338]sch1
、s
ch2
、s
ch3
——各通道斜率，单位v，格式为10.6f；
[0339]dch1
、d
ch2
、d
ch3
——各通道原始数据，格式为二进制补码，24bits。
[0340]
(2)传递函数校正
[0341]
波形数据的传递函数校正是在频域内进行的，因此需要将波形数据进行快速傅里叶变换到频域内得到x
ch1
、x
ch2
、x
ch3
，在频域对每个探头进行幅度校正得到y
ch1
、y
ch2
、y
ch3
，然后进行快速傅里叶逆变换从频域转换到时域中，从而生成校正后的波形数据v
ch1
、v
ch2
、v
ch3
。傅里叶变换的点数n与传递函数f
ch1
(kδf)、 f
ch2
(kδf)、f
ch3
(kδf)个数相同。
[0342]
x
ch1
＝fft(v
ch1_1
)
[0343]
x
ch2
＝fft(v
ch2_1
)
[0344]
x
ch3
＝fft(v
ch3 1
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)
[0345]ych1
＝x
ch1
×fch1
(kδf)
[0346]ych2
＝x
ch2
×fch2
(kδf)
[0347]ych3
＝x
ch3
×fch3
(kδf)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0348]vch1
＝ifft(y
ch1
)
[0349]vch2
＝ifft(y
ch2
)
[0350]vch3
＝ifft(y
ch3
)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(11)
[0351]
式中：x
ch1
、x
ch2
、x
ch3
——各通道傅里叶变换后频域数据；y
ch1
、y
ch2、
ych3 ——各通道在频域幅度校正后数据；v
ch1
、v
ch2
、v
ch3
——各通道在校正后经傅里叶逆变换生成校正后的波形数据；f
ch1
(kδf)、f
ch2
(kδf)、f
ch3
(kδf)——各通道归一化传递函数，由电场仪电子学标定中传递函数标定结果获得,格式为 7.6f。
[0352]
(3)电场值计算及正交性校正
[0353]
在此依据球形传感器在卫星坐标系下坐标位置，利用坐标转换矩阵将电场计算和坐标转换两步合并为一步，直接计算得到卫星本体坐标系下的正交电场值。
[0354]
设a-1
为探头—卫星坐标系变换矩阵，v
ss
为非正交各通道电势差三分量， e
sbc
为卫星坐标系电场三分量，则：
[0355]esbc
＝a-1vss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(12)
[0356]
式中：esb——卫星坐标系电场三分量，单位v/m，格式为7.6f；vss——非正交各通道电势差三分量，单位v，，格式为7.6f；a-1
——探头—卫星坐标系变换矩阵，无单位。
[0357]
4.1.4 vlf/hf频段频域数据处理
[0358]
vlf/hf频段频域数据处理主要包括物理量变换、传递函数校正、幅度谱计算及正交性校正、功率谱密度计算步骤。vlf和hf频段频域数据处理流程和方法是相同的，vlf和hf频段频域数据处理流程图见图15，以下以vlf频段频域数据处理方法为例详细说明。
[0359]
(1)物理量生成
[0360]
vlf/hf频段0级数据采用q30格式，需要按照q格式算法将二进制数转化为十进制数据，得到频域幅度谱的模mag
ch1
(kδf)、mag
ch2
(kδf)、mag
ch3
(k δf)。
[0361]
(2)传递函数校正
[0362]
传递函数修正计算采用以下公式：
[0363]vch1
(kδf)＝f
ch1
(kδf)
×
mag
ch1
(kδf)
[0364]vch2
(kδf)＝f
ch2
(kδf)
×
mag
ch2
(kδf)
[0365]vch3
(kδf)＝f
ch3
(kδf)
×
mag
ch3
(kδf)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(13)
[0366]
式中：v
ch1
(kδf)、v
ch2
(kδf)、v
ch3
(kδf)——各通道传递函数校正后电势差幅度谱的模，单位v，格式为7.6f；
[0367]fch1
(kδf)、f
ch2
(kδf)、f
ch3
(kδf)——各通道归一化传递函数，由电场仪电子学标定中传递函数标定结果获得，格式为10.6f；
[0368]
mag
ch1
(kδf)、mag
ch2
(kδf)、mag
ch3
(kδf)——各通道原始电势差幅度谱的模，单位v，格式为10.6f。
[0369]
(3)电场幅度谱计算及正交性校正
[0370]
依据球形传感器在卫星坐标系下坐标位置，利用坐标转换矩阵将电场幅度谱计算和坐标转换两步合并为一步，直接计算得到卫星本体坐标系下的正交电场幅度谱。设a-1
为探头—卫星坐标系变换矩阵(a-1
计算方法见附录2)，v
ss
为非正交各通道电势差幅度谱，e
sbc
为卫星坐标系电场幅度谱，则各通道电场值幅度谱公式如下：
[0371]esbc
＝a-1vss
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(14)
[0372]
式中：e
sb
——卫星坐标系电场幅度谱三分量，单位v/m，格式为7.6f；v
ss
——非正交各通道电势差幅度谱三分量，单位v，格式为7.6f；a-1
——探头—卫星坐标系变换矩阵，无单位。
[0373]
(4)功率谱密度计算
[0374]
vlf/hf频段功率谱密度计算采用以下公式：
[0375][0376][0377][0378]
式中：psd
x
(kδf)、psdy(kδf)、psdz(kδf)、——各通道的电势差功率谱密度，单位为v
·
hz-1/2
，其中k为离散频域数据序号，k＝0,1,2，
···
n/2；
[0379]fvlf
——vlf频段采样频率，常量，等于50khz；
[0380]fhf
——hf频段采样频率，常量，等于10mhz；
[0381]
n——fft计算样本量，取值为1024；
[0382]
δf——频率间隔，单位为hz；
[0383]ex(kδf)
、e
y(kδf)
、e
z(kδf)
——电场三分量幅度谱的模，其中k为离散频域数据序号，k＝0,1,2，
···
n/2。
[0384]
4.21级数据生成2级数据
[0385]
数据处理流程图见图16，将地震事件、空间天气指数等信息与每轨数据时空匹配，根据轨道、卫星姿态等信息对1级数据加入地理和地磁坐标信息，生成2级科学数据，同时生成图像产品处理报告。
[0386]
4.2.1卫星坐标系转换到地理坐标系
[0387]
卫星坐标系-地理坐标系变换计算公式如下：
[0388]egeo
＝me
sbc
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0389]
式中：e
sbc
——卫星本体坐标系电场三分量，单位v/m，格式为7.6f；
[0390]egeo
——地理坐标系电场三分量，单位v/m，，格式为7.6f；
[0391]
m——卫星坐标系-地理坐标系转换矩阵。
[0392]
4.2.2地理坐标系转换到地磁坐标系
[0393]
设地理坐标系到地磁坐标系之间的转换矩阵为c(t)，对于t时刻由两坐标系之间的位置关系可以得到地磁坐标系的空间电场值：
[0394]emag
＝c(t)e
geo
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(17)
[0395]
式中：e
geo
——地理坐标系电场三分量，单位v/m，格式为7.6f；e
mag
——地磁坐标系电场三分量，单位v/m，格式为7.6f。c(t)——地理坐标系-地磁坐标系转换矩阵。
[0396]
4.3 2及数据生成2a数据
[0397]
由于卫星沿轨道运动会切割地球磁场，因此双探针法测量到的电场信号e 中还包含了切割磁力线造成的感应电势的影响，其与被测位置的实际空间电场存在如下关系：
[0398]egeo
＝e
geo-vs×bꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(18)
[0399]
式中：e
′
geo
为地理坐标系下实际空间电场，单位v/m，格式为7.6f；
[0400]vs
为卫星相对于地球的飞行速度，单位m/s，格式为7.6f；
[0401]
b为地球磁场，单位nt，格式为7.6f。
[0402]
对于电场仪ulf频段，需要消除地球基本磁场对ulf频段电场波形观测数据的影响，在地理坐标系和地磁坐标系下获取2级数据，利用卫星速度和高精度磁强计三分量磁场数据，计算消除附件电场对ulf频段观测的影响，同时生成2a级图像产品和处理报告。
[0403]
4.42级数据生成3级数据
[0404]
图18为电场探测仪从2级到3级数据的处理流程。
[0405]
(1)获取本轨道对应的前30天6条重访轨道数据(ulf频段的三分量波形，其他vlf、elf和hf的功率谱数据)，按纬度间隔0.01
°
(中国区域：0-60
ꢀ°
纬度；60-140
°
经度)和0.5
°
(其它区域)进行间隔划分，如图19，然后计算每0.01
°
/0.05
°
间隔内的中值、上下四分位点和四分位差。
[0406]
四分位及四分位差的具体步骤如下：
[0407]
①
对原始序列数据进行从小到大的排序获得序列ak,k＝1,2,
…
n，求出q1、q3所在的位置l1、l3；
[0408][0409]
其次，根据位置确定其对应的标志值即q1、q3；
[0410]
令|li|表示li的整数部分，
[0411]
|dli|＝l
i-|li|
ꢀꢀꢀꢀꢀ
(20)
[0412]
则：
[0413][0414]
②
四分位差又称内距、也称四分间距(inter-quartile range)，是指将各个变量值按从小到大的顺序排列，然后将此数列分成四等份，所得第三个四分位上的值与第一个四分位上的值的差。计算q1与q3差额，就是四分位差。
[0415]
iqr＝q
3-q1ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(22)
[0416]
(2)对当前观测的单轨数据，同样按以上间隔进行划分，并计算中值a5。
[0417]
(3)利用前30天6条重访轨道数据的中值、上下四分位点及其四分位内差，计算上下界限。上下界限的计算方法为：
[0418]
d＝a30(中值)
±
iqr
ꢀꢀꢀ
(23)
[0419]
(4)计算每个0.01
°
/0.05
°
区域内，当前观测值与其前30天重访轨道上下界限的差值；根据当前观测数据是否超过上下界限，对每个0.15
°
/0.3 区域点进行标记，正常为0，超出边界则标注出当前观测值与上下边界的差值 d。
[0420]
d＝a
5-d
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(24)
[0421]
(5)对当前观测轨道数据以及之前30天内的6条重访轨道数据，采用滑动的方式，对每条轨道的以上步骤进行计算，并能将30天的6条重访数据展示在同一图上。
[0422]
(6)标注地震记录、空间天气等信息生成3级数据，并完成数据处理报告。 3级数据产品包括：科学数据及其图像和数据处理报告。
[0423]
4.52级数据生成4级数据
[0424]
图19为电场探测仪从2级到4级数据的处理流程。
[0425]
(1)按照30天时间间隔及5
°
(经度)
×
2.5
°
(纬度)空间间隔，滑动选取全球和中国区域(0-60
°
纬度；60-140
°
经度)上空的各特征频段的功率谱数据，计算每个空间间隔内所有轨道的中值、四分位点及分位差，以及上下界限d；并通过对各个间隔内中值进行插值，得到全球及全国范围空间分布背景场；
[0426]
(2)以当前5天时间间隔及5
°
(经度)
×
2.5
°
(纬度)空间间隔，计算观测得到电子密度、电子温度在每个空间间隔内所有轨道的中值b5i；并通过对各个间隔内中值b5i进行插值，得到全球及全国的空间分布图；滑动更新每天的全球及全国范围空间分布图；
[0427]
(3)计算每天每个间隔内电子密度、电子温度的中值b5i，与之前30天的背景中值的差值dbi＝b5i-b30i；
[0428]
(4)对每个格子内的差值进行归一化处理，gdbi＝(b5i-b30i)/b30i并通过对各个间隔内中值gdbi进行插值，得到全球及全国的每天动态变化空间分布图；
[0429]
(5)计算每天每个间隔内电子密度、电子温度的中值b5i，与前30天重访轨道上下界限d的差值d；根据当前观测数据是否超过上下界限，对每个间隔进行标记，正常为0，超出边界则标注出当前观测值与上下边界的差值d，并将超出边界的间隔标注在第(4)步计算的动态变化图上。
[0430]
(6)标注地震记录、空间天气等信息生成4级数据，并完成数据处理报告。 4级数据产品包括：科学数据及其图像和数据处理报告。
[0431]
5电厂探测仪辅助数据说明
[0432]
辅助数据是指进行科学数据处理过程中所需的辅助信息，包括地面标定数据、坐标转换数据、以及卫星速度数据。
[0433]
此外，2b级数据处理时，还需要高精度磁强计观测数据参与数据处理。
[0434]
5.1坐标转换矩阵
[0435]
(1)探头-卫星本体坐标系转换
[0436]
单个球形传感器与伸杆组合后的坐标关系如下文。
[0437]
卫星坐标系为o(x
sb
，y
sb
，z
sb
)，卷筒式伸杆坐标系为o
′
(x
st
，y
st
，z
st
), 卷筒式伸杆坐标原点至伸杆端头(与球形传感器安装面)的距离为l1，球形传感器安装面与球形传感器球心(o")的距离为l2，则球形传感器球心相对卫星坐标系的坐标为：
[0438][0439]
式中：
[0440]
——球形传感器球心o"在卫星坐标系中的坐标；
[0441]
α1、β1、γ1——卷筒式伸杆坐标系o
′
x
st
轴与卫星坐标系ox
sb
、oy
sb
、oz
sb
轴的夹角；
[0442]
α2、β2、γ2——卷筒式伸杆坐标系o
′yst
轴与卫星坐标系ox
sb
、oy
sb
、oz
sb
轴的夹角；
[0443]
α3、β3、γ3——卷筒式伸杆坐标系o
′zst
轴与卫星坐标系ox
sb
、oy
sb
、oz
sb
轴的夹角；
[0444]
——卷筒式伸杆坐标原点o
′
在卫星坐标系中的坐标。
[0445]
(2)卫星坐标系-地理坐标系转换矩阵
[0446]
2级和2a级数据处理过程中需要用到该坐标系。
[0447]
由于卫星姿态的变化，设卫星坐标系相对于地理坐标系之间的三个欧拉角度是φ、ψ、θ。由卫星坐标系到地理坐标系之间的转换矩阵设为m，则m可表示为：
[0448][0449]
(3)地理坐标系-地磁坐标系的转换矩阵
[0450]
2级和2a级数据处理过程中需要用到该坐标系。
[0451]
设地理坐标系geo到地磁坐标系mag之间的转换关系为：
[0452][0453]
其中，θ、分别为偶极轴的地理余纬度、经度。
[0454]
5.2磁场数据和卫星速度
[0455]
2级数据生成2a级数据处理过程中，需要获取磁场数据和卫星速度数据，用于消除地球基本磁场对ulf频段电场波形观测数据的影响(vs
×
b)。磁场数据可以获取60hz采样的高精度磁强计三分量磁场数据或采用igrf模型数据。卫星速度数据可通过卫星gps定位广播数据获取三个方向的卫星速度，该数据为每秒广播一次。
[0456]
在数据处理过程中，需要对磁场数据和卫星速度数据进行线性插值处理，转换为与电场仪ulf频段采样率f
ulf
一致的数据。设磁场数据或卫星速度第1 个原始采样数据为y1，第2个原始采样数据y2，两者之间需要插入k个值，线性插值算法为：
[0457]
xi＝y1+ai(y
2-y1)
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(28)
[0458]
式中：αi为插值系数，αi＝i/(k+1)；xi为插值得到值，i＝1,2,3
…
k；y1为第1个采样数据；y2为第2个采样数据。
[0459]
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，本领域技术人员利用上述揭示的技术内容做出些许简单修改、等同变化或修饰，均落在本发明的保护范围内。