利用IMAGE 卫星观测数据重建地球等离子体层的磁赤道面分布.PDFVIP

第26 卷 第1 期 CT 理论与应用研究 Vol.26, No.1 2017 年2 月 （1-7） CT Theory and Applications Feb., 2017 曾波, 李亮, 陈志强. 利用 IMAGE 卫星观测数据重建地球等离子体层的磁赤道面分布[J]. CT 理论与应用研究, 2017, 26(1): 1-7. doi:10.15953/j.1004-4140.2017.26.01.01. Zeng B, Li L, Chen ZQ. Using IMAGE data for observe the plasma density distribution of the geomagnetic equatorial plane [J]. CT Theory and Applications, 2017, 26(1): 1-7. (in Chinese). doi:10.15953/j.1004-4140.2017.26.01.01. 利用IMAGE 卫星观测数据重建地球等离子 体层的磁赤道面分布 1a，2 1a；b 1a；b 曾波 ，李亮 ，陈志强 1.清华大学 a）工程物理系；b）粒子技术与辐射成像教育部重点实验室，北京100084 2.中国空气动力研究与发展中心低速所，四川 绵阳621900 摘要：美国利用IMAGE 卫星的极紫外辐射 （EUV）探测器对地球等离子体层进行了连续5 年的遥 感成像观测。由于IMAGE 卫星数据是沿观测路径上的积分投影数据，并且存在地球“遮挡”、“阴 影”、“数据缺失”等问题，无法直接利用传统的CT 方法对等离子体层进行三维重建。本文利用 地球磁场模型，基于地球等离子体层的物理性质，建立一个联系地球磁赤道面密度与投影数据 的EUV 成像模型，实现了从单个角度的EUV 观测图像进行地球等离子层三维重构的方法。 关键词：IMAGE 卫星；EUV 观测数据；地球等离子体层；磁赤道面；重建算法 doi:10.15953/j.1004-4140.2017.26.01.01 中图分类号：P 354 文献标志码：A 通过IMAGE 卫星拍摄的地球等离子体层数据是沿着极紫外辐射（extreme ultraviolet， EUV）探测器视线方向上的EUV 辐射的线积分，还需要相应的重建过程才能获得三维空间下 [1－4] [5] 的粒子密度分布，这使得对其精细结构的研究成为一个难点 。2004 年，Santhanam 等 采用SART 算法对IMAGE 卫星的探测数据进行了重建。2007 年，清华大学和中科院空间科学 与应用研究中心合作，结合CT 成像方法，利用卫星数据，研究了解析重建算法在地球等离 子体层重建中的应用，初步解决了由于地球的存在而造成的 “遮挡”、“阴影”及“数据缺 [6－7] 失”等问题，并提出基于FBP （滤波反投影）算法的等离子体层三维重建方法 ；2011 年， [8－9] 又提出基于ART 迭代的等离子体层磁赤道面密度分布重建算法 。此后，长春光机所何飞 [10] 等 提出基于遗传算法的月基磁赤道面图像重建算法。 本文在课题组2011 年的工作基础上，进一步修正了EUV 射线与偶极磁场模型、等离子 体层磁赤道面密度分布的关系，能够更加准确地求解地球磁赤道面分布，并重构出了全球 三维等离子体层密度分布的结果。 1 磁赤道面EUV 成像模型 根据 EUV 探测器的成像原理，可以将三维地球等离子体层按照体素模型进行离散化， 并通过计算 EUV 射线与体素的交线长度或者覆盖体积等方式，计算每个体素对该射线投影 收稿日期：2016-09-12。 基金项目：国家自然科学基金项目115255