[发明专利]基于时间序列二维化的电离层垂直总电子含量预报方法

说明书

本发明公开了基于时间序列二维化的电离层垂直总电子含量预报方法，包括四个步骤：步骤S1是通过已知的电离层垂直总电子含量数据分析电离层垂直总电子含量随时间的变化特性；步骤S2是构建时间序列二维化平面，确定待预测的电离层垂直总电子含量与已知的电离层垂直总电子含量之间的权值，并根据权值对准备作为输入层的已知的电离层垂直总电子含量数据进行加权处理；步骤S3是构建神经网络模型；步骤S4是利用神经网络模型对电离层垂直总电子含量进行预报。本发明对电离层垂直总电子含量进行时间序列二维化处理，采用不等权值设置，对电离层垂直总电子含量具有良好的预报效果。

技术领域

本发明涉及电离层垂直总电子含量预报方法，特别是涉及基于时间序列二维化的电离层垂直总电子含量预报方法。

背景技术

受太阳紫外线、射线辐射以及高能粒子的影响，在60-2000km大气层区域，存在大量的自由电子，形成地球电离层。电离层对卫星定位、导航、授时以及遥感、遥测等的测量精度有着重要影响，因此电离层参量的监测、预报和现报系统受到国内外学者普遍重视，也已列入中国空间物理研究战略内容之一。电离层研究在保障无线电通信、广播电视、超视距雷达等系统的可靠运行，提高测速、定位、授时、导航等系统的精度，从一定程度上为保障航天活动的安全、开发利用空间及维护人类的生存环境提供依据等方面有着重要的价值。

电离层延迟对GPS定位、导航、授时、遥感等测量精度有着重要的影响。虽然双频GPS用户能直接计算出电离层延迟改正，但由于使用代价高，实际中有许多领域人们仍倾向于选用单频GPS接收机。而利用单频GPS进行长基线相对测量和高精度绝对测量，电离层延迟的精确改正难以实现。高精度、长基线相对定位，以及静态快速、实时及动态相对定位，快速精确处理整周模糊度问题，电离层延迟改正是其中最主要和最棘手的问题，也是研究的集中点。由局部相关性较强的电离层延迟带来的系统性误差，可直接借助相对定位技术给以抵消。但其效果只能在正常条件下的短基线计算中得到保证，而对长基线，差分电离层延迟残差一般很大。如果电离层预报问题得到较好解决，其他测量方式中的高精度改正电离层延迟的要求也都将得到满足。利用GPS的电离层延迟信息反演电离层结构、分析其时空变化特征，探测和预测电离层活动与变化规律，对电离层VTEC进行精确地预报是必须继续进行的研究难题，也是极有意义的。

电离层的预报经验模型主要有Klobuchar模型、Bent模型、IRI模型、ICED模型和FAIM模型等，其中最常用的是ARIMA模型和Klobuchar模型，但其预报精度并不高，对夜间预报存在不合理性。电离层是随时间、空间而变化的多变介质，逐日变化差异很大，要想对未来几个小时、几天的电离层做出精确的预报是较困难的。电离层受各种因素的影响，随着周日、季节、周年以及太阳活动周期的变化而变化，是一种是具有明显时间变化特性的观测量，因此利用时间序列对其进行分析预报是当前的一个研究方向。

发明内容

发明目的：本发明的目的是提供一种预报效果好的基于时间序列二维化的电离层垂直总电子含量预报方法。

技术方案：为达到此目的，本发明采用以下技术方案：

本发明所述的基于时间序列二维化的电离层垂直总电子含量预报方法，包括以下的步骤：

S1：通过已知的电离层垂直总电子含量数据分析电离层垂直总电子含量随时间的变化特性，包括电离层垂直总电子含量随着日期的变化特性和电离层垂直总电子含量随着时刻的变化特性；

S2：根据步骤S1中的已知的电离层垂直总电子含量数据，采用日期和时刻分别作为x轴和y轴，构建时间序列二维化平面，时间序列二维化平面中每一个坐标点都对应于一个电离层垂直总电子含量数据；根据步骤S1中的电离层垂直总电子含量随时间的变化特性，确定待预测的电离层垂直总电子含量与已知的电离层垂直总电子含量之间的权值，并根据权值对准备作为输入层的已知的电离层垂直总电子含量数据进行加权处理；