[發明專利]基于奇異譜分析的電離層異常探測方法及系統

在審

• 申請號: 201710358603.2
• 申請日: 2017-05-19
• 公開（公告）號: CN107024694A
• 公開（公告）日: 2017-08-08
• 發明（設計）人: 姚宜斌;翟長治;孔健;劉磊
• 申請（專利權）人: 武漢大學
• 主分類號: G01S13/95
• 分類號: G01S13/95
• 代理公司: 湖北武漢永嘉專利代理有限公司42102
• 代理人: 王丹

1.一種基于奇異譜分析的電離層異常探測方法，其特征在于：它包括以下步驟：

S1、獲取歷史電離層觀測數據ION；

S2、利用奇異譜分析法得到電離層正常變化成分ION_main；

S3、基于電離層平靜時期計算正常背景噪聲ε；

S4、根據ION_main和ε，得到電離層觀測數據ION的正常變化范圍；

S5、當實際電離層觀測數據超出電離層觀測數據ION的正常變化范圍時，視為電離層異常。

2.根據權利要求1所述的基于奇異譜分析的電離層異常探測方法，其特征在于：所述的S2具體為：

選取電離層歷史觀測數據，時間序列x＝[x₁,x₂,x₃,..x_N]，將其進行中心化處理后，按照相同的序列延遲排列得到

其中，N為時間序列長度，M為嵌入維數；

矩陣X的第i個狀態向量為

(1)式的變量間協方差是原時間序列x不同滯后的自協方差，構造滯后自協方差陣T_x

T_x是Toeplitz矩陣，其主對角線元素是時間序列x的方差；C(j)為時間序列x遲后為j的自協方差，0≤j≤M-1，用Yule–Walke估計法得到

然后根據公式

T_xE^k＝λ_kE^k,k＝1,2,3…,M(5)，

求得T_x的特征值λ_k和特征向量E^k；

定義狀態向量X_i在第K個特征向量上的投影為：

由其中一部分特征向量和時間系數來重建x的成分

將T_x的特征值λ_k從大到小排列，截取前p個較大的特征值，由其所對應的x^k之和重建出反映原時間序列的整體特征，即

提取ION中對應公式(8)的時間序列y作為電離層正常變化成分ION_main。

3.根據權利要求1所述的基于奇異譜分析的電離層異常探測方法，其特征在于：所述的S4中，取2倍ε作為上下限值，得到電離層觀測數據ION的正常變化范圍：

以up和low作為ION序列變化的上下界。

4.一種基于奇異譜分析的電離層異常探測系統，其特征在于：它包括：

數據獲取模塊，用于獲取歷史電離層觀測數據ION；

數據濾波模塊，用于利用奇異譜分析法得到電離層正常變化成分ION_main；

背景噪聲計算模塊，用于基于電離層平靜時期計算正常背景噪聲ε；

電離層觀測數據正常變化范圍確定模塊，用于根據ION_main和ε，得到電離層觀測數據ION的正常變化范圍；

電離層異常判斷模塊，用于當實際電離層觀測數據超出電離層觀測數據ION的正常變化范圍時，視為電離層異常。