[發(fā)明專利]一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)修正蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)模型的方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110317266.9
• 申請(qǐng)日: 2021-03-25
• 公開（公告）號(hào): CN113011600A
• 公開（公告）日: 2021-06-22
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 石廣亮;王健;馬建國(guó)
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 天津大學(xué)
• 主分類號(hào): G06N20/00
• 分類號(hào): G06N20/00;G06Q10/04
• 代理公司: 天津市三利專利商標(biāo)代理有限公司 12107
• 代理人: 張義

本發(fā)明公開了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)修正蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)模型的方法，包括如下步驟：步驟A：采集大氣折射率剖面數(shù)據(jù)，分析蒸發(fā)波導(dǎo)參數(shù)；步驟B：確定多參數(shù)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停徊襟EC：使用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法修正模型，確定最優(yōu)參數(shù)；步驟D：預(yù)測(cè)蒸發(fā)波導(dǎo)的高度。本發(fā)明提出了一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)的、可以根據(jù)時(shí)間分布的確定最優(yōu)參數(shù)的多參數(shù)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ托拚Ｔ摲椒▽⒍鄥?shù)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)模型、大氣折射率剖面與機(jī)器學(xué)習(xí)進(jìn)行了有機(jī)結(jié)合，采用實(shí)測(cè)大氣折射率剖面數(shù)據(jù)構(gòu)建訓(xùn)練集和測(cè)試集，實(shí)現(xiàn)了對(duì)多參數(shù)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷男拚?/p>

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及蒸發(fā)波導(dǎo)模型，機(jī)器學(xué)習(xí)領(lǐng)域，具體涉及一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)修正蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)模型的方法。

背景技術(shù)

蒸發(fā)波導(dǎo)是大氣波導(dǎo)的比較常見的一種形式，它產(chǎn)生于特定氣象水文條件下，伴隨著海面水汽的蒸發(fā)和擴(kuò)散，海面上方的大氣濕度隨高度驟減形成較大的濕度垂直梯度變化，相應(yīng)的大氣折射指數(shù)隨高度的增加而減小，產(chǎn)生負(fù)梯度變化趨勢(shì)。蒸發(fā)波導(dǎo)的存在對(duì)海面無線電通訊的性能有很大影響，可以使其實(shí)現(xiàn)超視距傳播。微波在蒸發(fā)波導(dǎo)環(huán)境中傳播時(shí)，波陣面由球面擴(kuò)展轉(zhuǎn)變?yōu)榻浦鏀U(kuò)展，從而使電波傳播的路徑損失大大減小，實(shí)現(xiàn)前向超遠(yuǎn)距離傳播。蒸發(fā)波導(dǎo)是一種海上經(jīng)常出現(xiàn)的特殊大氣層結(jié)構(gòu)，它對(duì)電磁波傳播有重要影響。同時(shí)有研究證明，在大部分海域可以認(rèn)為蒸發(fā)波導(dǎo)持續(xù)存在，蒸發(fā)波導(dǎo)的高度是確定低層大氣折射率剖面的關(guān)鍵參數(shù)，該高度表明蒸發(fā)波導(dǎo)的強(qiáng)度和厚度，因此對(duì)蒸發(fā)波導(dǎo)高度的預(yù)測(cè)有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

蒸發(fā)波導(dǎo)的模型本質(zhì)上是一種基于邊界層理論及陸地、海上的波導(dǎo)觀測(cè)實(shí)驗(yàn)得到經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ汀ｋS著人工智能領(lǐng)域的蓬勃發(fā)展，機(jī)器學(xué)習(xí)方法日趨成熟，該方法是提取數(shù)據(jù)中潛在規(guī)律的有效手段，而機(jī)器學(xué)習(xí)的目的就是從這些數(shù)據(jù)集中提取這些經(jīng)驗(yàn)和規(guī)律，用于預(yù)測(cè)數(shù)據(jù)的未來狀態(tài)。機(jī)器學(xué)習(xí)在數(shù)據(jù)計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)工程、經(jīng)濟(jì)學(xué)等領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛，但在蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)模型的研究中應(yīng)用較少。

近些年，隨著觀測(cè)器材的發(fā)展和觀測(cè)方法的進(jìn)步，國(guó)內(nèi)外學(xué)者開展了若干大型海上觀測(cè)實(shí)驗(yàn)，并基于這些實(shí)驗(yàn)總結(jié)了許多邊界層相似變量之間的新型經(jīng)驗(yàn)關(guān)系。再結(jié)合邊界層相似理論，已有多個(gè)蒸發(fā)波導(dǎo)診斷模型被提出。但是現(xiàn)有的蒸發(fā)波導(dǎo)診斷模型的建模方法都是基于邊界層相似理論，也受到邊界層相似理論中許多假設(shè)和近似的約束，使得診斷出的蒸發(fā)波導(dǎo)特征參數(shù)和大氣折射率剖面特征存在固有誤差。基于邊界層理論的影響，傳統(tǒng)診斷模型的準(zhǔn)確性具有自身的限制。機(jī)器學(xué)習(xí)是獲得潛在規(guī)律的有效方法，所獲得的規(guī)律完全基于數(shù)據(jù)，并不會(huì)受到邊界層理論中的基本假設(shè)的限制。

綜上，有必要提出一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)修正蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)模型的方法。

發(fā)明內(nèi)容

本申請(qǐng)?zhí)峁┝艘环N基于機(jī)器學(xué)習(xí)修正蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)模型的方法，利用此方法可以得到多參數(shù)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷淖顑?yōu)參數(shù)，從而大大降低多參數(shù)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ偷恼舭l(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)誤差。

具體地，本發(fā)明提供的一種基于機(jī)器學(xué)習(xí)修正蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)模型的方法，包括如下步驟：

步驟A：采集大氣折射率剖面數(shù)據(jù)，即大氣折射率隨高度變化的數(shù)據(jù)，自變量為高度，因變量為大氣折射率，據(jù)此根據(jù)折射率梯度由負(fù)變正時(shí)的拐點(diǎn)，分析蒸發(fā)波導(dǎo)強(qiáng)度和厚度；

步驟B：利用專家系統(tǒng)確定多參數(shù)蒸發(fā)波導(dǎo)預(yù)測(cè)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ停?/p>

步驟C：利用機(jī)器學(xué)習(xí)的方法修正模型，確定最優(yōu)參數(shù)；

步驟D：預(yù)測(cè)蒸發(fā)波導(dǎo)的高度，分析蒸發(fā)波導(dǎo)強(qiáng)度和厚度。

進(jìn)一步地，

步驟A包括如下步驟：

步驟A1：對(duì)采集的大氣折射率剖面數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)中已知參數(shù)，包括大氣折射率及其對(duì)應(yīng)的高度；

步驟A2：分析蒸發(fā)波導(dǎo)的高度，在大氣折射率剖面中大氣折射率梯度由負(fù)變正時(shí)拐點(diǎn)對(duì)應(yīng)的高度即蒸發(fā)波導(dǎo)的高度；

步驟A3：根據(jù)蒸發(fā)波導(dǎo)的高度分析蒸發(fā)波導(dǎo)參數(shù)。