[發(fā)明專(zhuān)利]一種低頻地波傳播時(shí)延時(shí)變特性的建模方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201910072164.8
• 申請(qǐng)日: 2019-01-25
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN109905190B
• 公開(kāi)（公告）日: 2021-09-10
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 蒲玉蓉;席曉莉;楊紅娟
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 西安理工大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H04B17/391
• 分類(lèi)號(hào): H04B17/391;H04L12/26;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 西安弘理專(zhuān)利事務(wù)所 61214
• 代理人: 談耀文

1.一種低頻地波傳播時(shí)延時(shí)變特性的建模方法，其特征在于，具體按照以下步驟實(shí)施：

步驟1：搭建低頻地波傳播時(shí)延的長(zhǎng)期實(shí)驗(yàn)檢測(cè)系統(tǒng)，獲取傳播時(shí)延數(shù)據(jù)并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理；

步驟2：獲取接收點(diǎn)所在區(qū)域的溫度、濕度、風(fēng)速三種氣象因子的氣象數(shù)據(jù)；

步驟3：根據(jù)步驟1獲取的傳播時(shí)延數(shù)據(jù)、步驟2獲取的溫度、濕度、風(fēng)速氣象數(shù)據(jù)分析低頻地波傳播時(shí)延的時(shí)變特性；

步驟4：利用BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立傳播時(shí)延的預(yù)測(cè)模型；

所述步驟4具體過(guò)程如下：

步驟4.1：數(shù)據(jù)集整理

對(duì)步驟1獲取的傳播時(shí)延數(shù)據(jù)、步驟2獲取的溫度、濕度、風(fēng)速氣象數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，選取有效數(shù)據(jù)；其中，時(shí)間分辨率取T₂；

步驟4.2：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)建

BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的輸入層為n個(gè)節(jié)點(diǎn)；輸出層為m個(gè)節(jié)點(diǎn)；根據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式確定隱含層節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)的范圍；利用二分法不斷縮小隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)的范圍，從而確定最佳的隱含層節(jié)點(diǎn)公式；其中，n與步驟2中的氣象因子的個(gè)數(shù)一致；m為1；經(jīng)驗(yàn)公式如下：

式中，n表示輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)；l為隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)；m為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)；p為0-10之間的常數(shù)；

步驟4.3：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練

步驟4.3.1：對(duì)數(shù)據(jù)集進(jìn)行歸一化處理，使數(shù)據(jù)分布在[0,1]之間，為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練提供高質(zhì)量的數(shù)據(jù)；

步驟4.3.2：網(wǎng)絡(luò)初始化；包括初始化輸入層、隱含層、輸出層神經(jīng)元之間的連接權(quán)值w_ij和w_jk、隱含層閾值a_j、輸出層閾值b_k，初始化學(xué)習(xí)率η和神經(jīng)元激勵(lì)函數(shù)f(x)；

(1)w_ij、w_jk的計(jì)算公式如下：

w_jk＝w_jk+ηH_je_k j＝1,2,…,l；k＝1,2,…,m (4)

式中，x_i表示輸入的溫度、濕度和風(fēng)速氣象數(shù)據(jù)；η表示學(xué)習(xí)率，是一個(gè)正數(shù)，介于0.01-0.1之間；

(2)a_j、b_k的計(jì)算公式如下：

b_k＝b_k+e_k k＝1,2,…,m (6)

(3)f(x)的計(jì)算公式如下：

步驟4.3.3：計(jì)算隱含層的輸出H_j：

步驟4.3.4：計(jì)算輸出層的輸出O_k：

步驟4.3.5：計(jì)算誤差e_k：

e_k＝Y(jié)_k-O_k k＝1,2,…,m (10)

步驟4.3.6：BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測(cè)與驗(yàn)證

隨機(jī)選取一半的數(shù)據(jù)訓(xùn)練網(wǎng)絡(luò)，一半的數(shù)據(jù)測(cè)試網(wǎng)絡(luò)性能；將實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值進(jìn)行對(duì)比，并用均方根誤差(RMSE)和平均絕對(duì)誤差(MAE)值進(jìn)行定量的性能比較；計(jì)算公式如下：

式中，y_i和y'_i分別是傳播時(shí)延的實(shí)測(cè)值和預(yù)測(cè)值。

2.如權(quán)利要求1所述的低頻地波傳播時(shí)延時(shí)變特性的建模方法，其特征在于，步驟1中，所述檢測(cè)系統(tǒng)包括長(zhǎng)波接收機(jī)天線(xiàn)(1)；長(zhǎng)波接收機(jī)天線(xiàn)(1)與長(zhǎng)波接收機(jī)(2)通信連接；GPS接收機(jī)天線(xiàn)(3)與GPS接收機(jī)(4)通信連接；長(zhǎng)波接收機(jī)(2)、GPS接收機(jī)(4)均通過(guò)串行接口與計(jì)數(shù)器(5)連接；長(zhǎng)波接收機(jī)(2)、GPS接收機(jī)(4)、計(jì)數(shù)器(5)均通過(guò)串行接口與磨砂盒(6)連接；磨砂盒(6)與工業(yè)PC(7)電性連接。

3.如權(quán)利要求2所述的低頻地波傳播時(shí)延時(shí)變特性的建模方法，其特征在于，所述磨砂盒(6)的型號(hào)為USB-RS232。