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海洋及电离层参数模型预测方法研究

海洋及电离层参数模型预测方法研究

作者：陈学坤哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

海洋及电离层的研究对社会发展一直具有十分重要的作用,作为地球重要组成部分,对于海洋及电离层的研究很早就已经开始了。海洋在带给国家和社会经济效益的同时也伴随着台风、海啸等严重的自然灾害,对沿海地区经济发展以及人民生命安全... 详细信息

海洋及电离层的研究对社会发展一直具有十分重要的作用,作为地球重要组成部分,对于海洋及电离层的研究很早就已经开始了。海洋在带给国家和社会经济效益的同时也伴随着台风、海啸等严重的自然灾害,对沿海地区经济发展以及人民生命安全具有重大威胁。海洋参数是用来描述海洋特性的重要手段,通过预测海洋相关参数可以达到预先发现异常变化进行早期预警的目的,此外,在台风、海啸灾害发生时,电离层的参数也同样会发生一定的变化,因此,分别对海洋以及电离层参数进行预测,分析其变化以及趋势对于自然灾害早期预警以及日常海上活动均具有十分重要的意义。本文主要研究内容是通过对获取的海洋以及电离层参数数据进行分析,深入研究海洋以及电离层参数的特性,选择合适相关参数后分别建立海洋及电离层参数的预测模型。实现对海洋以及电离层参数的可靠预测。通过预测结果获知接下来一段时间的参数变化,不仅可以用于海啸、台风等灾害预警,也可以为船只出行,海上救援提供参考信息。本文具体工作如下:首先,对时间序列分析以及深度学习的方法和原理进行了系统的理论分析,阐述时间序列建模的主要优点,必要条件以及主要的模型。对深度学习的相关概念以及循环神经网络传播过程和存在的不足进行分析。除此之外,对海洋以及电离层基本结构进行阐述,对描述海洋以及电离层特性的相关参数进行分析,选择参数进行预测。其次,本文提出利用差分自回归滑动平均模型以及深度学习长短期记忆网络模型对海洋以及电离层参数进行模型建立的方案,对两种模型的具体建模步骤进行详细分析,然后进行参数数据的预处理,在模型建立成功后通过模型残差检验等方式检验模型建立的可靠性,同时通过均方根误差对模型预测精度进行评价。最后,本文分别对建立的两个海洋参数预测模型以及两个电离层参数预测模型进行对比分析。仿真结果表明,通过深度学习长短期记忆网络建立的海洋参数预测模型以及电离层参数预测模型在趋势和预测精度上比差分自回归滑动平均预测模型效果更好。

关键词：海洋参数电离层参数时间序列分析深度学习预测

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基于地磁坐标的电离层参数重构方法研究

基于地磁坐标的电离层参数重构方法研究

作者：程华叶天津大学

学位级别：硕士

电离层作为日地空间环境的重要组成部分,其参数变化对人类通信、卫星导航具有显著影响,对灾害预警具有指导意义,但由于电离层状态复杂多变,电离层参数受众多因素的影响,更好地利用电离层,为相关应用提供服务,开展对电离层参数的研究是... 详细信息

电离层作为日地空间环境的重要组成部分,其参数变化对人类通信、卫星导航具有显著影响,对灾害预警具有指导意义,但由于电离层状态复杂多变,电离层参数受众多因素的影响,更好地利用电离层,为相关应用提供服务,开展对电离层参数的研究是十分必要的。本文的研究重点是获取高精度电离层参数重构,主要目的是通过改进Kriging插值方法利用当前可获得的北半球高纬、南半球中低纬共13个垂直探测站的电离层数据推求局部区域电离层F2层临界频率(fF)的实时分布。目前所使用的改进Kriging插值方法是通过标准地理坐标下带尺度因子的修正欧距离(CEDGG)建立变异函数并进行电离层参数重构,但现有方式的重构精确度还有待提升。为此,本文提出了一种基于地磁坐标的改进Kriging重构方法,方法的确定源于对2种坐标系、2类电离层距离计算方法以及尺度因子的选取,并利用所探测到的2013年-2017年的电离层fF数据,重构出三种变异函数下的高、中低纬区域的fF值,随后,对在太阳活动高年和太阳活动低年、四季、昼夜的重构结果进行交叉验证与对比分析,结果表明:三种方法的标准误差在1MHz以内,其中本文所提出的标准地磁坐标下大圆距离在各种时空变化情况下始终保持着最优的重构误差,证实了引入地磁坐标和利用大圆距离的计算方法对电离层参数进行重构能够实现改进Kriging插值方法的深度优化。

关键词：电离层参数改进Kriging插值 foF2空间重构地磁坐标

电离层参数对VLF信号场强数值计算的影响研究

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舰船电子工程 2018年第1期38卷 140-144页

作者：张水仙王永生李光明张赟海军潜艇学院海军92330部队

在进行甚低频场强预测数值计算时发现不同的时间、季节、频率、传播路径,路径距离等都会影响数值计算的速度和结果。原因是具有不同边界条件的波导引导不同频率的电磁波传播,产生了不同的电波传播损耗,而其中电离层参数起主要作用。论... 详细信息

在进行甚低频场强预测数值计算时发现不同的时间、季节、频率、传播路径,路径距离等都会影响数值计算的速度和结果。原因是具有不同边界条件的波导引导不同频率的电磁波传播,产生了不同的电波传播损耗,而其中电离层参数起主要作用。论文通过分析不同电离层剖面对VLF信号场强预测计算速度及结果的影响,确定不同条件下最佳电离层参数的选取,从而提高VLF信号场强数值计算精度和速度。

关键词： VLF 场强预测数值计算电离层参数运算时间

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电离层频高图参数的实时自动度量与分析

地球物理学报 2007年第4期50卷 969-978页

作者：丁宗华宁百齐万卫星中国科学院地质与地球物理研究所

电离层特征参数的实时获取和分析是电离层空间天气监测预报的重要内容.本文针对电离层频高图参数的实时自动度量和分析问题,提出了一种基于电子浓度高度剖面经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)分析的频高图参数自动... 详细信息

电离层特征参数的实时获取和分析是电离层空间天气监测预报的重要内容.本文针对电离层频高图参数的实时自动度量和分析问题,提出了一种基于电子浓度高度剖面经验正交函数(Empirical Orthogonal Function,简称EOF)分析的频高图参数自动度量方法,并将该方法应用到位于北京空间环境观测站(40.3°N,116.2°E)的CADI(Canadian Advanced Digital Ionosonde)数字测高仪观测频高图的实时自动度量和分析上.结果表明,该方法具有较好的可靠性和通用性,能实时自动度量频高图的有关参数并反映相关的电离层变化,可作为电离层空间天气实时监测分析的一种有效手段.

关键词：频高图电离层参数实时自动度量经验正交函数

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电离层频高图参数的实时自动度量与分析

电离层频高图参数的实时自动度量与分析

中国科学院地质与地球物理研究所2007学术年会

作者：丁宗华宁百齐万卫星中国科学院地质与地球物理研究所中国科学院武汉物理与数学研究所中国科学院研究生院中国电波传播研究所青岛研发中心

关键词：频高图电离层参数实时自动度量经验正交函数

来源： cnki会议评论

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海南地区电离层F2层参数变化特性分析

测绘科学与工程 2020年第3期40卷 74-78页

作者：王胜国史建魁王国军孙海洋北京应用气象研究所北京100029 中国科学院国家空间科学中心北京100190

利用海南电离层DPS-4垂测数据详细分析了中国低纬地区的电离层F2层参数hmF2和foF2的变化特性,初步揭示了海南地区电离层F2层主要参数在太阳活动下降期的日变化、季节变化和随太阳活动性的变化特性。观测和分析结果表明:①在太阳高年的... 详细信息

利用海南电离层DPS-4垂测数据详细分析了中国低纬地区的电离层F2层参数hmF2和foF2的变化特性,初步揭示了海南地区电离层F2层主要参数在太阳活动下降期的日变化、季节变化和随太阳活动性的变化特性。观测和分析结果表明:①在太阳高年的春秋季(二分点附近),foF2在午夜附近会重新增大达到新的极大值,且这个极大值很强,甚至会超过白天正午附近形成的极大值,这是太阳活动高年的特有现象;②foF2太阳活动高年明显不同于太阳活动中低年,在太阳活动高年,foF2达到日间极大值后,在冬季和春秋季会长时间维持至夜间;③日间电离层F2层的高度在春秋季最高,夏季其次,冬季最低;除太阳高年的春秋季外,在春秋季和冬季hmF2的日间极值要高于夜间极值,而夏季在整个太阳下降期hmF2的最大值都是出现在夜间。

关键词：电离层参数日变化季节变化太阳活动性 F2层峰值高度

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E层占优电离层随太阳活动性变化的统计分析

E层占优电离层随太阳活动性变化的统计分析

作者：王美南京信息工程大学

学位级别：硕士

电离层是地球大气中一个电离区域,它受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的大气高层。它在多个领域都扮演着重要的角色。太阳活动性的高、低年一般是由太阳黑子数量的多少来定义,太阳活动性高、低年交替出现。当E层峰值电子密度大于F... 详细信息

电离层是地球大气中一个电离区域,它受太阳高能辐射以及宇宙线的激励而电离的大气高层。它在多个领域都扮演着重要的角色。太阳活动性的高、低年一般是由太阳黑子数量的多少来定义,太阳活动性高、低年交替出现。当E层峰值电子密度大于F2层峰值电子密度时,称为E层占优电离层(E-Layer Dominated Ionosphere:ELDI),ELDI主要发生在极区极夜期间。本文选取2007年至2015年COSMIC(Constellation Observation System for Meteorology,Ionosphere and Climate satellite)掩星观测得到的垂直电子密度剖面数据,研究南、北极区极夜期间发生的ELDI事件随太阳活动性高、低变化的规律。首先,分析高、低年期间ELDI事件在南极的分布特征;其次,利用显著性检验,分析高、低年期间ELDI事件的差异性并计算差异幅度;然后,对高、低年期间南极不同地磁纬度区域内,ELDI事件的差异性和差异幅度进行分析;最后,在低年对南、北极区极夜期间ELDI事件的差异性以及差异幅度进行研究。主要结果如下:(1)在分布上,ELDI分布与极光卵的分布一致,其受太阳活动性高、低变化影响不大。在ELDI事件期间电离层参数:E层峰值电子密度(the ionospheric maximum electron density in E-Layer:Nm E)、E层电子含量(the electron content in E-Layer:TECE)、电离层总电子含量(the ionospheric total electron content:TECI)在高年比低年更广;E层峰高(the Nm E’s height:hm E)、TECE占TECI的比重(the ratio of TECE accounting for TECI:TECEI)在高、低年分布较为一致。(2)在数值上,太阳活动性高、低变化对南极的ELDI发生率以及hm E、TECE、TECI、TECEI都存在显著性影响,且ELDI发生率和TECEI在高、低年的显著差异主要集中在极光卵区域。(3)在不同地磁纬度区域,南极的ELDI发生率、Nm E、hm E、TECE、TECI、TECEI,它们在太阳活动性高年和低年时期的数值差异幅度不同,且差异幅度随地磁纬度的升高有增大的趋势。(4)在太阳活动性低年时期,南、北极极区的ELDI发生率的分布差异不大,但其数值在ELDI高发区内南、北极差异较大,差值主要集中在百分之二十至百分之三十之间,具体在地磁纬度为64-66度之间南北区域差值超过百分之四十。

关键词：太阳活动性 ELDI 电离层参数显著性检验差异

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非相干散射雷达参数反演误差分析

电波科学学报 2014年第5期29卷 916-921页

作者：张晓华徐彬程木松王占阁许正文吴军吴健空军预警学院陆基预警监视装备系湖北武汉430019 中国电波传播研究所电波环境特性及模化技术重点实验室山东青岛266107 西安电子科技大学物理与光电工程学院陕西西安710071

非相干散射雷达以其多参数、高精度等优点成为探测电离层参数的主要手段之一,文章主要研究利用非相干散射雷达对电离层参数反演过程中,电离层条件、反演参数选择、先验信息及时延分辨率和时延长度对电离层参量反演误差的影响.根据高、... 详细信息

非相干散射雷达以其多参数、高精度等优点成为探测电离层参数的主要手段之一,文章主要研究利用非相干散射雷达对电离层参数反演过程中,电离层条件、反演参数选择、先验信息及时延分辨率和时延长度对电离层参量反演误差的影响.根据高、低电离层的不同条件,减少反演参数,反演误差会有一定程度的降低,但受高低电离层非相干散射模型不同的影响,低电离层参数的误差会更大;先验信息可以很有效地降低电离层的反演误差;电离层参数误差随时延分辨率降低而增大,随时延长度的增加而减小;零时延信息是否存在对误差估计的影响不大.

关键词：非相干散射雷达电离层参数时延分辨率时延长度

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利用遗传优化算法的混沌时间序列建模

电波科学学报 2002年第1期17卷 25-28,58页

作者：简相超郑君里孙守宇清华大学电子工程系北京100084

提出一种利用遗传算法对混沌数据序列建模的全局建模方法 ,可获得接近原始混沌系统的映射。该方法利用遗传算法同时进行函数拟和与参数优化。实验结果表明该方法有较好的建模效果。

关键词：混沌遗传优化算法电离层参数混沌时间序列预测建模