基于深度学习的电离层参数预测研究

对于电离层参数预测,通过长短期记忆(LSTM)的预测神经网络建模实现电离层参数的短期和日均值预测。使用逐点预测和序列预测2种方法,并采用多维预测和经验模态分解(EMD)算法优化,预测电离层参数的每小时和每天的变化规律。实验结果验证了所提优化算法在提高预测电离层参数预测精度上的可行性。     

南海地区电离层月平均模式及其预测

研究我国南海地区（北纬0°到25°，东经105°到120°）电离层F层临界频率月中值变化特点及利用人工神经网络预报月中值的技术．文章首先给出这个海区上空F2层临界频率月中值随太阳活动水平、地理纬度、季节和昼夜变化规律．结果指出电离层临界频率随纬度分布除出现驼峰现象外，在4和10月份还存在大范围的电离层气泡区域。在这个区域电离层密度出现中间稀周围高特点；电离层临界频率的分形分析得到其相关维为2．7。其次，我们选用5个因子作为网络输入，用电离层观测资料训练网络，建立了我国南海地区电离层模式。利用这个模式预测的电离层临界频率与实际测量的符合较好，可以满足应用要求。     

改进的Kriging技术实时重构区域电离层foF2的分布

改进了kriging技术重构电离层F2层临界频率foF2的方法,利用国际参考电离层IRI-2001模型作为背景场，通过拟合国际参考电离层模型得到“等效太阳黑子数”，并利用kriging技术来完成区域电离层的重构，是区域电离层重构的一种方法,它适合重构区域内电离层探测站较少的情况。与直接利用实测临界频率进行kriging重构相比，改进的kriging技术提高了重构的精度和稳健性。也表明了背景电离层模型在电离层重构中的重要作用。     

拉萨地区电离层长期变化特性研究

电离层环境变化对电子信息系统有重要影响,因此电离层变化特性研究具有重要意义.文中根据拉萨电波环境观测站30余年数据,研究了拉萨地区电离层F层临界频率f_oF₂、F层底高h'F、Es层临界频率f_oEs的日变化、季节变化和长期变化情况,得到一些有意义结论:电离层f_oF₂全年均值介于3~11 MHz,日变化显著,季节变化明显,随太阳活动变化幅度较大;电离层h'F全年均值介于200~420 km,日变化显著,随季节变化不明显,与太阳周期变化呈正相关关系;电离层f_oEs全年均值介于1~7 MHz,日变化显著,季节变化显著（夏季明显高于其他季节）,太阳周期变化不明显.研究电离层环境的长期变化特性,获取电离层参数长期变化规律,对通信导航、航天器等装备的设计和运行维护具有重要意义.     

"新版亚大地区F2电离层预测"方法数据验证

分析了8条斜向探测电路4个月的实测数据,统计了每个月的F2层MUF月中值.将"新版亚大地区F2电离层预测"(NAOR)方法与其他三种预测方法(亚大地区F2电离层预测方法(AOR)、CCIR方法及URSI方法)预测的F2层MUF月中值与实测值进行了比较.结果表明,在中国区域内新版亚大地区F2电离层预测方法明显优于其他三种...     

用于中国地区电离层总电子含量短期预报方法

电离层总电子含量(TEC)是主要的电离层特征参数之一,它的时空变化对通信、定位、雷达、导航等无线电系统有重要影响.本文给出了计算地面台站上空电离层TEC的连续时间序列的方法,在此基础上提出了一种适用于中国地区电离层TEC的短期预报方法.该方法由单站电离层预报和区域电离层重构两部分组成.单站预报中采用了自相关分析方法,能...     

支持向量机方法在电离层短期预报中的应用

支持向量机是一种崭新的机器学习方法,将支持向量机方法应用于电离层参数短期预报,提前一小时预报了电离层临界频率foF2.用海口站太阳活动高低年各个季节的历史数据进行了检验,预报误差在不同的太阳活动水平不同的季节各不相同.预报结果与IRI比较的结果表明,支持向量机方法具有较高的预报精度,将支持向量机方法用于电离层短期预报是可行的.     

一种暴时电离层f_oF_2的经验预报方法

利用地磁指数Dst和AE以及电离层临界频率f0F2,通过分析磁扰期间成分扰动带的赤道向传播以及低纬穿透电场引起的等离子体漂移对电离层的影响,同时考虑地方时效应,提出一种提前1小时预报暴时电离层f0F2的经验方法,并对2004～2005年10次磁暴期间的预报结果进行检验.结果表明,该方法能较好地预测中低纬电离层暴的演化,甚至能捕捉部分正负相交替出现的扰动,但对部分重复出现的正扰动尚有待改进.方法在磁暴事件中和暴日的平均预报误差低于国际参考电离层(IRI)中用于暴时修正的STORM模型,因而更具有实用性.     

一种暴时电离层f0F2的经验预报方法

利用地磁指数Dst和AE以及电离层临界频率f0F2,通过分析磁扰期间成分扰动带的赤道向传播以及低纬穿透电场引起的等离子体漂移对电离层的影响,同时考虑地方时效应,提出一种提前1小时预报暴时电离层f0F2的经验方法,并对2004～2005年10次磁暴期间的预报结果进行检验.结果表明,该方法能较好地预测中低纬电离层暴的演化,甚至能捕捉部分正负相交替出现的扰动,但对部分重复出现的正扰动尚有待改进.方法在磁暴事件中和暴日的平均预报误差低于国际参考电离层(IRI)中用于暴时修正的STORM模型,因而更具有实用性.     

垂测电离图F1层反演方法研究

提出了基于准抛物段模型(QPS模型)的F1层不完全发育电离层模型。直接利用QPS模型来表征电离层电子浓度剖面,通过调整模型参数,使实测虚高与计算虚高均方根误差最小时对应的那组参数即为反演的电离层特征参数,该方法在一定程度上克服了判读误差,在虚高最小均方根误差的意义上是最优的。对各层完全发育、F1层不完全发育、F1层被Es层遮蔽等情况,均能有效地反演电离层电子浓度剖面。     

基于块稀疏恢复的高频雷达空间角谱和极化谱联合估计方法

高频地波雷达（high-frequency surface wave radar,HFSWR）中电离层杂波的存在,会极大地影响雷达系统的性能,降低对目标的探测能力.为了精确获得杂波参数,从而更好地抑制电离层杂波,提出了一种基于压缩感知（compressive sensing,CS）的单快拍参数估计方法,用于对电离层杂波的空域和极化域参数估计.该方法基于极化敏感阵列的块稀疏估计模型,应用块正交匹配追踪（block orthogonal matching pursuit,BOMP）算法实现距离-多普勒域的单快拍空间角度和极化参数联合估计,并进一步获得目标和杂波的空间角谱和极化谱.该方法适用于任意极化敏感阵列,在距离-多普勒域单快拍条件下,其估计性能优于传统方法,且计算复杂度极低,可以实现实时处理.仿真结果和某HFSWR系统实测数据处理结果表明了参数估计方法的有效性.     

基于ITS信道模型的HF信道模拟器的实现

提出了一种基于ITS短波信道模型的HF信道模拟器的实现方法,并给出了线性调频信号通过HF信道模拟器后频域的MATLAB仿真结果。信号通过信道后产生的时延展宽、多普勒频移和多普勒展宽都是利用现场可编程逻辑门阵列来实现。电离层参数是利用三维射线追踪技术根据选定的电离层模型得到。这种HF信道模拟器适用于高达500kHz带宽的信号。利用这种HF信道模拟器,实现了在实验室研究探测信号经过HF信道传输的特性的可能。     

Estimation of the transfer ratio frequency characteristic of HF radio channel by using the LFM signal

A technique for determining the transfer ratio frequency relationship of a short-wave ionospheric radio channel with high resolution has been considered using the continuous linear-frequency-modulated signal. This technique is based on the filtering of modes of ionospheric propagation at the receiver output following the compression method processing in the frequency domain. The estimates of measurement errors were also presented.     

利用高频返回散射技术探测电离层行波扰动

 电离层行波扰动(TIDs,Traveling Ionospheric Disturbances)是电离层一种周期性的电子浓度波动结构,它与上层大气内的声重力波运动有关.在前人的工作基础上,提出了利用高频返回散射技术判别TIDs的方法,建立了TIDs特征参数的理论研究方法.并通过分析多方位返回散射试验数据,研究定频返回散射回波信号群距离和跳距随时间、方位角的变化特征,提取了TIDs的运动周期、运动方向、波长等特征参数信息,从而实现对宽空间、大区域电离层波动特性的研究.     

天波雷达电离层信道可用度统计方法研究

分析了影响天波超视距雷达(OTHR)可用度的电离层信道因素,依据一个太阳活动周期(11年)的电离层不稳定性数据,统计了中纬、中低纬和低纬地区的电离层信道可用度,OTHR频率管理系统综合考虑了电离层的基本特性以及高频干扰频谱分布特性,首次提出了基于频率管理系统工作频率表数据的电离层信道可用度的短期统计方法,并对太阳活动低年特定月份典型时刻(日出、日落、正午和夜间)的电离层信道可用度进行了统计分析.     

Software-defined radio technology in the problem concerning with the successive sounding of HF ionospheric communication channels

The problem concerning new software-defined radio technology is investigated as applied to the successive sounding of HF ionospheric communication radio channels. The algorithm for quadrature processing of chirp signals subjected to elementwise compression in the frequency domain is developed. It is established that a channel scattering function and a delay power profile are related to a compressed-signal spectrum and their basic parameters. Data on the key characteristic of HF communications modems are presented. The efficiencies of different modems are estimated using the experimental data on channel parameters. It is demonstrated that the aforementioned technology can be used to estimate not only HF communication channel parameters from the pass band of a radio line but also select the optimal one and, furthermore, makes it possible to combine communications and radio sounding systems in the single device.     

基于多站观测的短波电离层信道一致性与相参性研究

对分布式短波雷达系统与短波时差定位而言,短波电离层信道特性参数的一致性与相参性是需要重点考虑的因素. 本文利用自主设备在武汉、道孚、乐山三处初步开展了同步组网的多站短波电离层信道斜向探测实验. 结果表明,太阳地磁活动平静期间,武汉-道孚、武汉-乐山两条相近链路信道群距离日变化、群距离展宽、多普勒频移、多普勒展宽等相关特性的统计特征基本相同,道孚、乐山接收到的武汉所发信号经电离层传播后仍可得到明显的相关峰,并同时具有线性相位变化规律和稳定的相位差. 研究表明,在相距不远的范围上,临近的短波电离层信道可以有着较好的参数一致性和相参性.     

东亚地区高频频率预测方法精细化研究

为进一步提升高频（high frequency,HF）频率预测方法精度,提出了一种适用于东亚区域HF可用频率的精细化频率预测方法.该方法在1948—2006年8个电离层观测站的特征数据统计分析基础上,基于太阳10.7 cm辐射通量进行了F₂层OWF-MUF和HPF-MUF的转化因子时变特性建模,应用改进克里金方法重建东亚地区的空间分布.利用中国境内6条链路2015年4月和2018年1月的观测结果,对ITU方法、中国区域精细化预测方法以及本文所述方法进行对比分析,结果显示本文所述OWF-MUF和HPF-MUF的转化因子在预测精度上较ITU方法提升了0.029 0和0.007 3,较中国区域精细化预测方法提升了0.003 4和0.007 5,证明本研究可为HF频率预测精度提供技术支撑.     

短波OFDM系统中基于迭代插值的信道估计

经典的线性插值算法具有实现简单的优点,但短波信道是靠电离层反射进行通信,而电离层的分布是随机变化的,导致短波信道随机变化.所以数据子载波的频域响应与相邻导频子载波频域响应之间不再满足线性关系,即线性插值算法不适用于短波OFDM系统中.基于此提出了一种迭代的插值算法,该算法利用了两个距离最近的子载波的信道响应的相关性越大的原理,利用信号的相关性进行迭代,从而得出频域的信道估计.仿真表明,该插值算法有效拟合了短波信道特性曲线,降低了系统的误比特率和均方误差.     

基于S变换的跳频信号特征参数盲估计

提出了一种基于S变换的未知跳频信号参数盲估计方法。该方法利用S变换良好的时频聚集性,在未知任何先验参数的情况下,能够准确估计出跳频信号的跳频频率、跳变时刻和跳频信号驻留时间等参数。文中阐述了S变换的基本原理,应用S变换对跳频信号进行了分析并与其他时频分析方法作了比较,最后给出了估计跳频信号参数的具体算法步骤,通过计算机仿真得到了较为准确的估计结果,验证了该算法的有效性。