[發明專利]一種多尺度電離層TEC預測方法

有效

• 申請號: 202011269492.6
• 申請日: 2020-11-13
• 公開（公告）號: CN112287607B
• 公開（公告）日: 2022-09-02
• 發明（設計）人: 湯俊;李垠健;鐘正宇;李長春
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G06F30/27
• 分類號: G06F30/27;G06N3/04
• 代理公司: 西安合創非凡知識產權代理事務所(普通合伙) 61248
• 代理人: 張燕

1.一種多尺度電離層TEC預測方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，數據去趨勢，用最小二乘法將TEC數據擬合為一條直線作為趨勢項，原數據減去趨勢項得到非趨勢項，非趨勢項的均值為零；

步驟2，對非趨勢項兩端分別使用ARMA模型進行拓延得到，以降低VMD分解的端點效應；

步驟3，對利用VMD算法分解為個不同頻率的IMF分量，然后將各分量兩端的拓延部分去除，分別使用LSTM神經網絡進行預測得到預測值；

步驟4，使用ARMA模型預測趨勢項得到趨勢項預測值，將趨勢項的預測值與非趨勢項各分量的預測值重構得到最終預測值：

；

所述VMD算法分為構造變分模型和求解兩步，首先構造受約束的變分模型：

(14)

式中，為脈沖函數，為分解得到的個分量，為虛數單位，為第個分量的中心頻率，為待分解信號；

利用二次懲罰函數項和Lagrange乘數算子將其轉化為無約束方程：

(15)

IMF分量與中心頻率的最小化公式為：

(16)

(17)

采用交替方向乘子算法求最優解，步驟如下：

1）將初始化為0；

2）根據(16)式、(17)式更新和；

3）更新；

(18)

4）重復2）的步驟，直到滿足條件

(19)

迭代停止，否則返回步驟2），最終得到個IMF分量；

所述用最小二乘法將TEC數據擬合為一條直線作為趨勢項包括：

設擬合直線公式為，使TEC數據各點數據與之間偏差最小，即，此時擬合直線即為所求；

所述使用ARMA模型進行拓延包括：

將非趨勢項帶入ARMA模型預測得到后端預測值，再將非趨勢項倒置帶入ARMA模型得到預測前端預測值，最后將兩端預測值與非趨勢項組合完成拓延；

所述使用ARMA模型預測趨勢項得到趨勢項預測值包括：

首先建立ARMA模型，使用AIC準則為模型定階，然后根據最小二乘法進行參數估計，最后將數據代入擬合好的ARMA模型得到預測值。