基于组合模型的电离层TEC短期预测研究

作     者：唐彦 

作者单位：辽宁工程技术大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王建敏;耿宝军

授予年度：2022年

学科分类：07[理学] 070802[理学-空间物理学] 0708[理学-地球物理学] 

主      题：电离层TEC CEEMDAN 灰狼优化算法 LSSVM 预测 

摘      要：电离层作为近地空间环境中的组成部分之一,而电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)是表征电离层结构和时空特征变化的重要物理量,通过对电离层TEC相关方面的研究,对全球导航定位系统、航天、地震和通信等提供了理论和数据基础。主要工作内容如下:(1)介绍了欧洲定轨中心(Center for Orbit Determination in Europe,CODE)提供的TEC产品,并对2019年的电离层TEC受到太阳活动和地磁活动等因素的影响进行了分析。结果表明:TEC会伴随太阳活动变化而变化,磁暴会使电离层发生异常,并且太阳活动与电离层TEC的平均相关系数为0.25,地磁活动与电离层TEC的平均相关系数为0.18。(2)阐述了经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)、集成经验模态分解(Ensemble Empirical Mode Decomposition,EEMD)和具有自适应噪声的完整集成经验模态分解(Complete Ensemble Empirical Mode Decomposition with Adaptive Noise,CEEMDAN)三种方法,对其利用电离层TEC数据进行了分析,结果表明,CEEMDAN方法避免了各IMF分量中存在的模态混叠现象,拥有的重构误差也非常小。在此基础上引入样本熵(Sample Entropy,SE),提出CEEMDAN-SE的电离层TEC预处理方法,为电离层TEC预测建模提供相对较好的预处理方法。(3)针对电离层的特性,提出一种CEEMDAN-SE方法与GWO-LSSVM结合的组合模型,并阐述其原理,其中由于LSSVM参数无法自适应选取,选择用全局寻优能力较强的GWO算法对其参数优化。并采用CODE提供的2019年相同经纬度不同时间段、相同经度和时间段不同纬度及相同纬度和时间段不同经度的电离层TEC数据,用前20天的TEC数据训练建模,对后5天的TEC数据预测,结果表明:组合模型的均方根误差、平均绝对值误差和平均绝对百分比误差分别为0.699 TECu、0.566 TECu和10.37%,优于LSSVM模型和GWO-LSSVM模型,说明组合模型在电离层TEC预测中具有较好稳定性。该论文有图33幅,表18个,参考文献72篇。