[发明专利]一种电离层VTEC值异常检测方法

摘要

本发明公开了一种电离层VTEC值异常检测方法，包括以下步骤：确定观测序列，数量为n，选择观测序列中初始的VTEC观测值，表示为：VTECi，1≤i≤n，i表示观测序列中的第i个值；对VTEC观测值VTECi进行逐个递推，表示为：VTEC(i)，计算VTEC观测值和VTEC滤波值的差值序列及两者差值序列的均方差，构建VTEC异常检测统计量；利用VTEC异常探测统计量，依据VTEC上边界和下边界进行VTEC异常探测与统计分析。本发明方法计算简单，可以方便、快捷地通过编程实现VTEC值的异常检测，具有较高的科研和应用价值。

主权项

1.一种电离层VTEC值异常检测方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定观测序列，数量为n，选择观测序列中初始的VTEC观测值，表示为：VTECi，1≤i≤n，i表示观测序列中的第i个值；(2)逐个对VTEC观测值进行递推，其中观测序列中VTECi的递推值表示为VTEC(i)，递推方法如下所示：PE(i)＝A(i‑1)×P(i‑1)×A(i‑1)′+Q(i‑1)    (1)从第2个观测值开始递推，即i≥2；式(1)中，A(i‑1)表示第i‑1个观测值的状态转移矩阵，当i＝2时，A(i‑1)＝A(1)＝1；A(i‑1)′表示A(i‑1)的转置矩阵；Q(i‑1)表示第i‑1个观测值的系统噪声矩阵，当i＝2时，Q(i‑1)＝Q(1)＝1；PE(i)表示第i个观测值的预报误差矩阵，当i＝1时，PE(1)＝1；P(i‑1)表示第i‑1个观测值的均方误差矩阵，当i＝2时，P(i‑1)＝P(1)＝1；H(i)＝PE(i)×C(i‑1)′×(C(i‑1)×PE(i)×C(i‑1)′+R(i‑1))‑1  (2)式(2)中，H(i)表示第i个观测值的增益矩阵，当i＝2时，H(2)＝PE(2)×C(1)＇×(C(1)×PE(2)×C(1)′+R(1))‑1；C(i‑1)表示第i‑1个观测值的量测矩阵，当i＝2时，C(i‑1)＝C(1)＝1；C(i‑1)′表示C(i‑1)的转置矩阵；R(i‑1)表示第i‑1个观测值的测量噪声矩阵，当i＝2时，R(i‑1)＝R(1)＝1；VTEC(i)＝A(i)×VTEC(i‑1)+H(i)×(VTECi‑C(i)*A(i)*VTEC(i‑1))    (3)式(3)中，VTEC(i)表示观测序列中VTECi的递推值；I＝eye(size(H(i))     (4)式(4)中，eye表示设定单一矩阵，size(H(i))表示求矩阵H(i)的维数；P(i)＝(I‑H(i)×C(i))×PE(i)      (5)(3)计算VTECi的递推值VTEC(i)和观测值VTECi的差值，用Δi表示，即：Δi＝VTEC(i)‑VTECi    (6)Δi即为VTEC异常检测统计量；σ表示VTEC(i)和VTECi的均方差，通过式(7)进行计算；n表示VTEC观测序列的数据量，将Δ_i作为统计量，进行电离层VTEC异常统计；取加上k倍的σ为异常检测范围的上边界，减去k倍的σ为下边界，其中k为检测系数；确定了VTEC异常检测上下边界就可以最终确定VTEC异常值，其中，VTEC观测值大于上边界则称为上边界异常；同样，观测值小于下边界则称为下边界异常，上下边界的计算如式(8)、(9)所示：公式(8)、(9)中，vtec_s表示VTEC上边界，vtec_x表示VTEC下边界，表示对Δ_i取平均值；(4)利用统计量Δi，依据VTEC上边界和下边界进行VTECi异常检测与统计分析。