一种悬空波导空间分布的预测方法技术

本发明专利技术属于气象时空预测领域，其公开了一种悬空波导空间分布的预测方法，首先，对目标区域待预测时间点之前的悬空波导数据，分解转化为两个二维时序数据，一个表征顶高，另一个表征底高；然后，分别针对表征顶高的二维时序数据和表征底高的二维时序数据，构建待预测时间点之间的时空时序数据，作为对应时空预测网络的输入，而上述时空时序数据中的各个时空数据，分别通过对其所在时间点之前的时间点的特征进行聚合获得；最后，通过时空预测网络，获得目标区域在待预测时间点的顶高和底高的预测值。本发明专利技术通过预处理和聚合，获得二维的时空数据，使其适配现有处理气象二维时空数据的时空预测模型，以低成本的方式，实现对悬空波导空间分布的预测。空间分布的预测。空间分布的预测。

【技术实现步骤摘要】
一种悬空波导空间分布的预测方法


[0001]本专利技术属于气象时空预测领域，尤其涉及一种悬空波导空间分布的预测方法。

技术介绍

[0002]在海上，悬空波导是除了蒸发波导之外，最常见的一种大气波导，是由于对流层中存在逆温或水汽随高度急剧变小而形成的大气层结。电磁波在悬空波导陷获层中传播时，在底部和顶部边界处多次反射，使得电磁波能够实现超视距传播，同时也会在悬空波导陷获层的顶层上方和底层下方形成雷达探测盲区。若要实现超视距传播，则电磁波发射源的位置必须接近悬空波导陷获层。而且悬空波导陷获层的顶层上方和底层下方形成的雷达探测盲区可以被利用来隐藏我方关键目标。为实现超视距传播并定位探测盲区，准确识别悬空波导在大气中的分布以及掌握其陷获层的底高、顶高至关重要。
[0003]目前，获得悬空波导高度的方法主要包括直接检测和间接检测两种方法，由于直接检测只能得到单点的波导信息，因此间接检测方法是悬空波导最常用的检测方法。反演方法是经典的间接检测方法，该方法以卫星反演的海表温压湿、云顶温度、温压湿气象要素为输入，通过各种近似、参数化方案和物理统计模型，计算得到悬空波导。为提前感知悬空波导的空间分布，需以直接检测和间接检测所获得的数据为基础，对未来的悬空波导空间分布演进情况进行预测分析。
[0004]但是，悬空波导的顶高、底高均为一种三维时空数据，且顶高和底高相互制约，不能直接被现有处理气象二维时空数据的时空预测模型所处理。

技术实现思路

[0005]本专利技术所要解决的技术问题是：提出一种悬空波导空间分布的预测方法，利用深度学习技术以低成本的方式实现对悬空波导空间分布的准确预测，并解决悬空波导的顶高、底高不能被现有处理气象二维时空数据的时空预测模型所处理的问题。
[0006]本专利技术解决上述技术问题采用的技术方案是：
[0007]一种悬空波导空间分布的预测方法，包括以下步骤：
[0008]S1、获取目标区域的悬空波导数据，所述目标区域为完整覆盖对应悬空波导的区域，所述悬空波导数据包括顶高、底高、经度、纬度和时间；将所述悬空波导数据，分解转化为两个二维时序数据；所述二维时序数据为一组二维数据按时间先后进行排序所构成的序列，所述二维数据呈网格状，其二维为经度和纬度，并由对应的表征顶高或底高的数据构成二维数据中各经度和纬度位置处的特征，且所述两个二维时序数据的特征分别表征顶高和底高；
[0009]S2、针对各个特征，分别根据目标区域的待预测时间点t，构建对应该特征的时空时序数据，所述时空时序数据包括N个按时间排序并位于待预测时间点t之前的时空数据，所述N为预设的数量，且N为大于2的整数；并按如下步骤，获得所述时空时序数据：
[0010]首先，从对应该时空时序数据的特征的二维时序数据中，提取待预测时间点t之前
的M*N个连续时间点的二维数据，且M为大于等于2的整数；
[0011]然后，对M*N个二维数据，划分为N个时间段，每个时间段对应一个聚合组，每个聚合组分别包含M个连续时间点的二维数据；
[0012]再然后，针对各聚合组，分别按如下公式进行聚合，获得所述时空时序数据的各时空数据：
[0013][0014]其中，F(x
i
,y
j
,t
n
)表示时空时序数据中时间点为t
n
的时空数据的位置(x
i
,y
j
)处的特征，x
i
和y
j
分别表示该特征所在位置的经度和纬度，i和j分别为该位置在目标区域中沿x轴的序号和沿y轴的序号，t
n
表示时空数据所在的时间点，n为该时空数据在时空时序数据中的序号；W
m
和W
qp
分别为权重参数；Q
m
和P
m
分别表示第m个二维数据中对应位置(x
i
,y
j
)的聚合区域沿x轴的数量和沿y轴的数量，m表示该二维数据在聚合组中的序号，且聚合组中M个二维数据的聚合区域的中心均为(x
i
,y
j
)，H(x
q
,y
p
,t
n
‑
m)表示第m个二维数据的聚合区域中位置(x
q
,y
p
)处的特征，对于聚合区域超出目标区域的部分，其经度和纬度按网格的间距填充、特征以目标区域边缘部分复制填充；
[0015]S3、将步骤S2获得的各特征的时空时序数据，输入相互独立并分别对应各特征的时空预测网络，对各特征进行预测，获得目标区域在待预测时间点的顶高和底高的预测值。
[0016]进一步的，采用厚度表征顶高，所述厚度为相同时间相同位置处的顶高和底高之差；
[0017]在步骤S1中，所述两个二维时序数据的特征分别为底高和厚度；
[0018]在步骤S3中，首先，通过相互独立并分别对应底高和厚度的时空预测网络，对底高和厚度进行预测，获得目标区域在待预测时间点的底高和厚度的预测值；然后，根据底高和厚度的预测值，计算获得目标区域在待预测时间点的顶高的预测值。
[0019]进一步的，根据底高和厚度的预测值，按如下公式，计算获得目标区域在待预测时间点t的顶高的预测值：
[0020][0021][0022]其中，表示待预测时间点t的位置(x
i
,y
j
)处的顶高，表示待预测时间点t的位置(x
i
,y
j
)处的底高，表示待预测时间点t的位置(x
i
,y
j
)处的厚度，x
i
和y
j
分别表示位置的经度和纬度，i和j分别为该位置在目标区域中沿x轴的序号和沿y轴的序号。
[0023]进一步的，步骤S2中，聚合组中M个二维数据的聚合区域，按时间先后，距离对应时空数据的时间点t
n
的时间差越大则聚合区域越大。
[0024]进一步的，所述各聚合区域对应(x
i
,y
j
)处的权重参数W
qp
，随距离对应时空数据的时间点t
n
的时间差的增加而递增，并满足0<W
qp
<1且所述聚合区域的权重参数W
m
，随距离对应时空数据的时间点t
n
的时间差的增加而递减，并满足0<W
m
<1且
[0025]进一步的，所述N和M设定为3；聚合组中M个二维数据的聚合区域，按距离对应时空数据的时间点t
n
的时间差由小到大，聚合区域分别设置为3
×
3、5
×
5、7
×
7；
[0026]且，聚合区域3
×
3、5
×本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种悬空波导空间分布的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取目标区域的悬空波导数据，所述悬空波导数据包括顶高、底高、经度、纬度和时间，所述目标区域为完整覆盖对应悬空波导的区域；将所述悬空波导数据，分解转化为两个二维时序数据；所述二维时序数据为一组二维数据按时间先后进行排序所构成的序列，所述二维数据呈网格状，其二维为经度和纬度，并由对应的表征顶高或底高的数据构成二维数据中各经度和纬度位置处的特征，且所述两个二维时序数据的特征分别表征顶高和底高；S2、针对各个特征，分别根据目标区域的待预测时间点t，构建对应该特征的时空时序数据，所述时空时序数据包括N个按时间排序并位于待预测时间点t之前的时空数据，所述N为预设的数量，且N为大于2的整数；并按如下步骤，获得所述时空时序数据：首先，从对应该时空时序数据的特征的二维时序数据中，提取待预测时间点t之前的M*N个连续时间点的二维数据，且M为大于等于2的整数；然后，对M*N个二维数据，划分为N个时间段，每个时间段对应一个聚合组，每个聚合组分别包含M个连续时间点的二维数据；再然后，针对各聚合组，分别按如下公式进行聚合，获得所述时空时序数据的各时空数据：其中，F(x
i
，y
j
，t
n
)表示时空时序数据中时间点为t
n
的时空数据的位置(x
i
，y
j
)处的特征，x
i
和y
j
分别表示该特征所在位置的经度和纬度，i和j分别为该位置在目标区域中沿x轴的序号和沿y轴的序号，t
n
表示时空数据所在的时间点，n为该时空数据在时空时序数据中的序号；W
m
和W
qp
分别为权重参数；Q
m
和P
m
分别表示第m个二维数据中对应位置(x
i
，y
j
)的聚合区域沿x轴的数量和沿y轴的数量，m表示该二维数据在聚合组中的序号，且聚合组中M个二维数据的聚合区域的中心均为(x
i
，y
j
)，H(x
q
，y
p
，t
n
‑
m)表示第m个二维数据的聚合区域中位置(x
q
，y
p
)处的特征，对于聚合区域超出目标区域的部分，其经度和纬度按网格的间距填充、特征以目标区域边缘部分复制填充；S3、将步骤S2获得的各特征的时空时序数据，输入相互独立并分别对应各特征的时空预测网络，对各特征进行预测，获得目标区域在待预测时间点的顶高和底高的预测值。2.如权利要求1所述的一种悬空波导空间分布的预测方法，其特征在于，采用厚度表征顶高，所述厚度为相同时间相同位置处的顶高和底高之差；在步骤S1中，所述两个二维时序数据的特征分别为底高和厚度；在步骤S3中，首先，通过相互独立并分别对应底高和厚度的时空预测网络，对底高和厚度进行预测，获得目标区域在待预测时间点的底高和厚度的预测值；然后，根据底高和厚度的预测值，计算获得目标区域在待预测时间点的顶高的预测值。3.如权利要求2所述的一种悬空波导空间分布的预测方法，其特征在于，根据底高和厚度的预测值，按如下公式，计算获得目标区域在待预测时间点t的顶高的预测值：度的预测值，按如下公式，计算获得目标区域在待预测时间点t的顶高的预测值：
其中，表示待预测时间点t的位置(x
i
，y
j
)处的顶高，表示待预测时间点t的位置(x
i
，y
j
)处的底高，表示待预测时间点t的位置(x
i
，y
j
)处的厚度，x
i
和y
j
分别表示位置的经度和纬度，i和j分别为该位置在目标区域中沿x轴的序号和沿y轴的序号。4.如权利要求1所述的一种悬空波导空间分布的预测方法，其特征在于，步骤S2中，聚合组中M个二维数据的聚合区域，按时间先后，距离对应时空数据的时间点t
n
的时间差越大则聚合区域越大。5.如权利要求1所述的一种悬空波导空间分布的预测方法，其特征在于，所述各聚合区域对应(x
i
，y
j
)处的权重参数W
qp
，随距离对应时空数据的时间点t
n
的时间差的增加而递增，并满足0<W
qp
<1且m∈M；所述聚合区域的权重参数W
m
，随距离对应时空数据的时间点t
n
的时间差的增加而递减，并满足0<W
m
<1且6.如权利要求5所述的一种悬空波导空间分布...

【专利技术属性】
技术研发人员：田玲，闫科，孙明，田斌，朱巡洋，成达，张奔，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：