基于奇异谱分析的电离层异常探测方法及系统技术方案

本发明专利技术提供一种基于奇异谱分析的电离层异常探测方法，获取历史电离层观测数据ION；利用奇异谱分析法得到电离层正常变化成分IONmain；基于电离层平静时期计算正常背景噪声ε；根据IONmain和ε，得到电离层观测数据ION的正常变化范围；当实际电离层观测数据超出电离层观测数据ION的正常变化范围时，视为电离层异常。本发明专利技术通过奇异谱分析，能够识别和强化周期信号，其提取的正常变化成分中包含了电离层随着地球公转的季节变化、太阳27天自转周期引起的电离层9天、13.5天、27天周期变化等的影响，因此异常探测结果中排除了背景场时间段与异常探测时间段地球外界环境不同造成的干扰，能够有效探测电离层异常信息。

【技术实现步骤摘要】
基于奇异谱分析的电离层异常探测方法及系统
本专利技术属于地球物理领域，具体涉及一种基于奇异谱分析的电离层异常探测方法及系统。
技术介绍
太阳的极紫外辐射和X射线的电离作用以及太阳风和高能粒子射线的撞击作用，在地球高层大气中产生了大量的自由电子和离子，在60～2000km高度范围内形成了电离层。电离层异常是指电离层的电子密度、峰值高度等物理特征偏离其常规形态的特殊变化。地震、磁暴、海啸、火山喷发等因素都有可能导致电离层异常。确定电离层异常的出现时间，对于探索磁暴在空间天气变化中的传播过程、地震和海啸与电离层之间的相互作用的研究至关重要。由于电离层变化受太阳活动、地球自转和公转、地磁条件等多种因素的影响，因此电离层变化具有很强的周期性，在电离层异常探测时需要将电离层的正常周期变化排除。而目前国际上电离层异常探测的方法如时间序列法、四分位法以及二阶差分法等，都是基于短时间的电离层趋势变化，没有考虑电离层的常规周期变化，因此异常探测精度不够理想。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是：提供一种基于奇异谱分析的电离层异常探测方法及系统，能够排除背景场时间段与异常探测时间段地球外界环境不同造成本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于奇异谱分析的电离层异常探测方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、获取历史电离层观测数据ION；S2、利用奇异谱分析法得到电离层正常变化成分IONmain；S3、基于电离层平静时期计算正常背景噪声ε；S4、根据IONmain和ε，得到电离层观测数据ION的正常变化范围；S5、当实际电离层观测数据超出电离层观测数据ION的正常变化范围时，视为电离层异常。

【技术特征摘要】
1.一种基于奇异谱分析的电离层异常探测方法，其特征在于：它包括以下步骤：S1、获取历史电离层观测数据ION；S2、利用奇异谱分析法得到电离层正常变化成分IONmain；S3、基于电离层平静时期计算正常背景噪声ε；S4、根据IONmain和ε，得到电离层观测数据ION的正常变化范围；S5、当实际电离层观测数据超出电离层观测数据ION的正常变化范围时，视为电离层异常。2.根据权利要求1所述的基于奇异谱分析的电离层异常探测方法，其特征在于：所述的S2具体为：选取电离层历史观测数据，时间序列x＝[x1,x2,x3,..xN]，将其进行中心化处理后，按照相同的序列延迟排列得到其中，N为时间序列长度，M为嵌入维数；矩阵X的第i个状态向量为(1)式的变量间协方差是原时间序列x不同滞后的自协方差，构造滞后自协方差阵TxTx是Toeplitz矩阵，其主对角线元素是时间序列x的方差；C(j)为时间序列x迟后为j的自协方差，0≤j≤M-1，用Yule–Walke估计法得到然后根据公式TxEk＝λkEk,k＝1,2,3…,M(5)，求得Tx的特征值λk和特征向量Ek；定义状态向量Xi在第K个特征向量上的投影为：由其中一部分特征向量和时间系数来重建x的成分将Tx的特征值λk从大到小排列，截取前p个较大的特征值，由其所对应的xk之和重建出反映原时间序列的整体特征，即提取ION中对应公式(8)的时间序列y作为电离层正常变化成分IONmain。3.根据权利要求1所述的基于奇异谱分析的电离层异常探测方法，其特征在于：所述的S4中，取2倍ε作为上下限值，得到电离层观测数据ION的正常变化范围：以up和low作为ION序列变化的上下界。4.一种基于奇异谱分析的电离层异常探测系统，其特征在于：它包括：数据获取模块，用于获取历史电离层观测数据IO...

【专利技术属性】
技术研发人员：姚宜斌，翟长治，孔健，刘磊，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北,42