基于粒子群优化的斜测电离图反演研究

斜向探测是电离层探测的主要方式之一,它能获得电波传播群时延和频率关系的电离图。斜测电离图包含了探测距离上电离层状态的有用信息,可以通过对这种电离图的反演提取电离层的状态信息。采用粒子群算法对斜测电离图进行了反演,取得了良好的效果。结果证明,该方法能够克服线性求解的不稳定性,获得较好的反演结果,展示了在处理实际斜向探测电离图的应用前景。     

斜测电离图反演及其不稳定性研究

在已知固定地面距离的发射站和接收站之间的扫频斜向探测技术能够获得电波传播群时延对频率关系的斜测电离图。由于传输斜测信号的媒质是电离层，因此斜测电离图包含了探测距离上电离层状态的有用信息，可以通过对这种电离图的反演提取电离层的状态信息。采用Rao对返回散射电离图的反演算法和解不稳定问题正则方法的结合对斜测电离图进行了反演。该方法能够克服Rao算法的不稳定性，获得较好的反演结果，展示了在处理实际斜向探测电离图的应用前景。     

短波单站定位中的准抛物电离层参数实时修正

根据斜向探测获得的电离图数据,基于遗传算法,反演获得了斜测链路反射点处的准抛物模型电离层参数。以国际参考电离层为背景电离层,由反演得到的这一纽参数导出了等效预测指数,再用导出的等效预测指数来预测临近斜测链路反射点处的电离层参数,用得到的该处电离层参数合成斜测电离图与实测的进行比较验证了该方法的可行性。     

短波单站定位中大圆距离的确定

根据斜向探测获得的电离图数据,基于遗传算法,反演获得了斜测链路反射点处的准抛物模型电离层参数。研究表明遗传反演算法具有很强的全局搜索能力,并具有一定的反演稳定性。利用反演得到的电离层准抛物参数就可以计算出用于短波单站定位的大圆距离。     

斜测链路F层最高观测频率变化特性分析

斜向探测是获取电离层状态信息的重要手段之一,根据斜向探测系统得到包含电离层状态信息的斜测电离图,能用于分析斜测链路上电离层相关参数的变化特性.以苏州—青岛和兰州—青岛两条链路为例,分析了斜向探测链路F层最高观测频率(Maximum Observed Frequency of F layer,MOFF)日变化特征;利用2013年12条斜向探测链路MOFF的观测数据,分析了冬、夏、分季的MOFF月中值变化特征,发现各链路的MOFF与电离层电子密度类似呈现出较为明显的日变化和季节变化特性.选取2013年西安—青岛、广州—海口两条链路的MOFF数据,与利用链路中点附近垂测数据计算的等效MOFF参数进行对比分析.结果表明:实测MOFF数据与等效MOFF数据具有较好的一致性,可为短波链路选频、电离层环境分析等提供参考.     

电离层斜向传播异常信号特性的研究

在对固定电路电离层斜向传播特性的长期连续观测过程中,发现了大量异常斜测电离图.通过对电离层行波扰动情况下电波传播路径的仿真计算,分析了它对电离层斜向传播信号的影响,并利用斜向探测数据,讨论分析了确定行波扰动基本参数的方法.     

基于GPS层析反演和斜向返回探测反演的电离层二维电子密度重构

GPS层析反演和电离层斜向返回探测反演可以给出电离层大尺度2维电子浓度分布,该文基于3次电离层垂测、GPS层析探测和斜向返回探测的实验结果,比较了GPS层析反演和电离层斜向返回探测反演得到的大尺度电子密度2维分布。结果表明GPS层析和电离层斜向返回探测都能较好地重构电离层电子密度分布,反映电离层大尺度的空间结构。通过和电离层垂测结果的比较,表明GPS层析和斜向返回探测反演得到电离层F2层最大电子密度和峰高具有较好的精度。     

斜测电离图描迹的自动提取

提出了一种能同时获取斜测电离图描迹和参数的方法,该方法采用准抛物模型描述电离层 F2层电子浓度分布。利用正割定理、Martyn 等效虚高定理、图像处理技术和电离图的回波特征确定部分电离层状态参数的最终值和部分参数的初始值及搜索空间。然后,利用最小群时延和残差分析提取 Es 层描迹。最后,使用混合遗传算法从搜索空间范围内找出一组最优参数,使合成的斜测电离图 F2层描迹与真实描迹吻合得最好。为了验证自动提取方法的有效性,对240张斜测电离图进行了自动提取,将得到的结果与斜测电离图的人工提取结果进行比较,结果显示该方法能够较准确地提取斜测电离图描迹和参数。     

电离层斜向传播模式的智能识别

采用数值统计与数字图像处理中形态学算子相结合的方法获得了高质量斜向探测电离图.结合观测描迹统计特性,利用改进的初始局部最大值和约束条件外推方法,实现了斜向探测电离层传播模式的智能识别,利用该方法可以自动提取常规电离图各传播模式对应的频率、群时延及信号能量等信息.     

双基地高频返回散射探测前沿修正研究

高频电离层探测中某一电路形成的斜向探测电离图上各层传播模式的结合频率点应该位于包含该电路的返回散射前沿上,实测数据表明两者有差异.基于返回散射收发异地引起的差异,运用返回散射系统电波传播原理,对返回散射探测群距离P进行改进,通过改进前后自南到北三个方位的结果对比表明,返回散射前沿和斜测最高可用频率(Maximum Usable Frequency,MUF)均方根误差分别改善了12.2%、12.4%、12.8%,这对电离层高频斜向探测和返回散射探测模式信息融合有重要意义.     

斜向探测电离图描迹提取算法研究

电离层斜向探测工作在高频段,密集的外部干扰如短波通信,广播电台以及大气噪声等污染了接收数据,严重影响斜向探测电离图描迹的提取.针对上述问题,本文提出了一种提取斜向探测电离图描迹的算法.该算法由频域去干扰,有序统计量OS-CFAR检测,去虚警点三个步骤构成.对实测数据的处理结果表明这种方法的有效性和实用性.     

基于形状识别的返回散射电离图分类方法研究

基于中值滤波算法, 结合电离图中杂波信号和背景噪声的分布特点, 提出了一种返回散射电离图干净数据提取新算法; 利用返回散射电离图干净数据, 基于形状识别理论, 给出了一种返回散射电离图分类算法, 并对形状因子的提取方法进行了简单介绍.实测电离图仿真实验结果显示, 所提电离图分类算法具有较好的实测电离图识别和分类能力, 具有较好的应用前景.     

Synthesis of oblique ionograms for a quasi-linear isonospheric model and spherical earth-ionosphere geometry

A method is described by means of which exact and direct synthesis of oblique incidence ionograms can be performed for a quasi-linear ionospheric model with spherical earth-ionosphere geometry but neglecting earth's magnetic field. A sample ionogram synthesized in accordance with this method is presented.     

一种改进的电离层参数联合反演方法

文献[1]提出了一种基于HF返回散射和斜向探测联合探测电离层,融合两种探测结果联合反演电离层参数的新方法,该反演方法基于特定的电离层QP模型和均方误差最小准则,采用全局搜索的方法确定QP模型参数。针对该联合反演方法进行了改进,分析了不同采样方式对于反演结果的影响,通过优化频点选择提高了反演的稳定性和准确性,并引入了粒子群优化算法进行搜索,大大缩短了反演的时间。仿真结果显示,这种改进后的联合反演算法具有更高的效率和实用性。     

返回散射电离图处理方法研究

提出了一套完整的返回散射电离图处理方法。该方法首先利用信号与干扰的特性对电离图进行干扰去除,并对去除干扰后的电离图进行内插;其次针对电离图的特点进行噪声去除,并根据电离图的距离和频率相关性进行补偿,最后提取前沿。处理结果表明,该方法实时性好,处理效果明显。     

返回散射电离图仰角信息提取方法研究

利用短波二维天线阵列，在国内首次获得了高频返回散射扫频-仰角电离图，本文结合遗传算法和Otsu法对群距离-频率-能量三维电离图进行信号区域提取，通过连通域标记方法进行离散点噪声消除，获取"干净"信号，然后利用Canny算子获得频率对应回波信号分布的最近和最远群距离，在群距离-频率-仰角三维电离图上，提取相应频率的仰角-群距离分布数据，分别利用线性曲线拟合、对仰角求对数拟合和对群距离求对数拟合的方式对数据点进行处理，通过青岛观测站的测高仪数据对拟合后的曲线分别进行了误差分析，结果显示，对群距离求对数拟合得到的曲线与目标曲线的符合较好，证明了提取方法的有效性.