[發明專利]基于時間序列二維化的電離層垂直總電子含量預報方法

有效

• 申請號: 201510344370.1
• 申請日: 2015-06-19
• 公開（公告）號: CN104992054B
• 公開（公告）日: 2018-09-21
• 發明（設計）人: 胡伍生;王松寒;華遠峰;丁茂華
• 申請（專利權）人: 東南大學
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00;G06N3/02
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

本發明公開了基于時間序列二維化的電離層垂直總電子含量預報方法，包括四個步驟：步驟S1是通過已知的電離層垂直總電子含量數據分析電離層垂直總電子含量隨時間的變化特性；步驟S2是構建時間序列二維化平面，確定待預測的電離層垂直總電子含量與已知的電離層垂直總電子含量之間的權值，并根據權值對準備作為輸入層的已知的電離層垂直總電子含量數據進行加權處理；步驟S3是構建神經網絡模型；步驟S4是利用神經網絡模型對電離層垂直總電子含量進行預報。本發明對電離層垂直總電子含量進行時間序列二維化處理，采用不等權值設置，對電離層垂直總電子含量具有良好的預報效果。

技術領域

本發明涉及電離層垂直總電子含量預報方法，特別是涉及基于時間序列二維化的電離層垂直總電子含量預報方法。

背景技術

受太陽紫外線、射線輻射以及高能粒子的影響，在60-2000km大氣層區域，存在大量的自由電子，形成地球電離層。電離層對衛星定位、導航、授時以及遙感、遙測等的測量精度有著重要影響，因此電離層參量的監測、預報和現報系統受到國內外學者普遍重視，也已列入中國空間物理研究戰略內容之一。電離層研究在保障無線電通信、廣播電視、超視距雷達等系統的可靠運行，提高測速、定位、授時、導航等系統的精度，從一定程度上為保障航天活動的安全、開發利用空間及維護人類的生存環境提供依據等方面有著重要的價值。

電離層延遲對GPS定位、導航、授時、遙感等測量精度有著重要的影響。雖然雙頻GPS用戶能直接計算出電離層延遲改正，但由于使用代價高，實際中有許多領域人們仍傾向于選用單頻GPS接收機。而利用單頻GPS進行長基線相對測量和高精度絕對測量，電離層延遲的精確改正難以實現。高精度、長基線相對定位，以及靜態快速、實時及動態相對定位，快速精確處理整周模糊度問題，電離層延遲改正是其中最主要和最棘手的問題，也是研究的集中點。由局部相關性較強的電離層延遲帶來的系統性誤差，可直接借助相對定位技術給以抵消。但其效果只能在正常條件下的短基線計算中得到保證，而對長基線，差分電離層延遲殘差一般很大。如果電離層預報問題得到較好解決，其他測量方式中的高精度改正電離層延遲的要求也都將得到滿足。利用GPS的電離層延遲信息反演電離層結構、分析其時空變化特征，探測和預測電離層活動與變化規律，對電離層VTEC進行精確地預報是必須繼續進行的研究難題，也是極有意義的。

電離層的預報經驗模型主要有Klobuchar模型、Bent模型、IRI模型、ICED模型和FAIM模型等，其中最常用的是ARIMA模型和Klobuchar模型，但其預報精度并不高，對夜間預報存在不合理性。電離層是隨時間、空間而變化的多變介質，逐日變化差異很大，要想對未來幾個小時、幾天的電離層做出精確的預報是較困難的。電離層受各種因素的影響，隨著周日、季節、周年以及太陽活動周期的變化而變化，是一種是具有明顯時間變化特性的觀測量，因此利用時間序列對其進行分析預報是當前的一個研究方向。

發明內容

發明目的：本發明的目的是提供一種預報效果好的基于時間序列二維化的電離層垂直總電子含量預報方法。

技術方案：為達到此目的，本發明采用以下技術方案：

本發明所述的基于時間序列二維化的電離層垂直總電子含量預報方法，包括以下的步驟：

S1：通過已知的電離層垂直總電子含量數據分析電離層垂直總電子含量隨時間的變化特性，包括電離層垂直總電子含量隨著日期的變化特性和電離層垂直總電子含量隨著時刻的變化特性；

S2：根據步驟S1中的已知的電離層垂直總電子含量數據，采用日期和時刻分別作為x軸和y軸，構建時間序列二維化平面，時間序列二維化平面中每一個坐標點都對應于一個電離層垂直總電子含量數據；根據步驟S1中的電離層垂直總電子含量隨時間的變化特性，確定待預測的電離層垂直總電子含量與已知的電離層垂直總電子含量之間的權值，并根據權值對準備作為輸入層的已知的電離層垂直總電子含量數據進行加權處理；