[發明專利]一種基于LSTM和半參數的電離層TEC短期預報方法

在審

• 申請號: 202210845838.5
• 申請日: 2022-07-19
• 公開（公告）號: CN116050562A
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: 羅小敏;曹光胤;李揚
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（武漢）
• 主分類號: G06Q10/04
• 分類號: G06Q10/04;G06F30/27;G06F17/14;G06N3/0442;G06N3/08;G06Q50/26
• 代理公司: 武漢知產時代知識產權代理有限公司 42238
• 代理人: 魏波

1.一種基于LSTM和半參數的電離層TEC短期預報方法，其特征在于：包括：

S1：從歷史全球電離層數據文件中獲取至少n1天連續的全球電離層15階球諧模型數據，n1為大于0的正整數；

S2：利用FFT從步驟S1中的15階球諧模型數據中獲得球諧函數系數的周期與振幅，并選取其中最大的1-3個主周期；

S3：將步驟S2中高振幅的主周期歸入周期項，低振幅的剩余周期歸入隨機信號，建立得到Semi-SH模型，利用二次多項式和半參數核估計方法分別擬合球諧系數趨勢項和周期項，利用核估計法解算隨機信號，同時在時間域上進行外推，得到預報時間的球諧函數系數，并計算得到擬合殘差；

S4：建立LSTM模型，利用步驟S3中的擬合殘差對LSTM模型進行訓練，輸入參數包括擬合殘差和外部的時間參數序列，輸出為后一天內每小時的預報擬合殘差，并結合Semi-SH模型預報值得到15階球諧函數系數；

S5：利用步驟S4得到的一天內每小時的15階球諧函數系數，計算得到全球任一位置的TEC數據。

2.如權利要求1所述的一種基于LSTM和半參數的電離層TEC短期預報方法，其特征在于：步驟S1中是從歐洲定軌中心的FTP服務器獲取全球電離層15階球諧模型數據，該數據由歐洲定軌中心和其他組織分布在全球約230個GNSS觀測站統一解算得到的。

3.如權利要求1所述的一種基于LSTM和半參數的電離層TEC短期預報方法，其特征在于：步驟S1中，n1＝30。

4.如權利要求1所述的一種基于LSTM和半參數的電離層TEC短期預報方法，其特征在于：步驟S3中球諧函數系數的時間序列表示為：

Ψ(t)＝T(t)+P(t)+S(t)+Δ?????(1)

式中，T(t)為球諧函數系數中所包含的趨勢項，表示為如式(2)的一元二次多項式；P(t)為基于FFT獲得的主周期項，表示為如式(3)的三角級數形式；S(t)是包含剩余周期的隨機信號，是非參數分量；Δ為觀測噪聲；

T(t)＝a+bt+ct²????(2)

式中，n為基于FFT獲取的球諧函數系數主周期個數；T_i為對應周期長度；A_i和B_i為待求參數。

5.如權利要求4所述的一種基于LSTM和半參數的電離層TEC短期預報方法，其特征在于：步驟S3中，使用核估計方法對待求參數和非參數分量進行求解，以公式(4)作為隨機信號的核權函數；

其中，t為當前隨機信號的時間，t_i為第i個隨機信號的時間，K(·)為核函數，且h為窗寬參數，由最小均方誤差法來確定其取值。

6.如權利要求1所述的一種基于LSTM和半參數的電離層TEC短期預報方法，其特征在于：根據步驟S4中得到的15階球諧函數系數，得到球諧函數模型為：

式中，β和γ分別表示電離層穿刺點的地磁緯度和地磁經度；A_nm和B_nm為球諧函數系數；其中，P_nm(sinβ)表示n和m階的歸一化勒讓德多項式，δ_0m為克羅內克函數；

通過得到的球諧函數模型，得到全球任一位置的TEC數據。