基于深度学习的高纬度电离层闪烁预测
发布时间：2022-02-09 09:22
总电子含量（TEC）变化指数（ROTI）可以作为电离层闪烁的有效指标,特别是在低纬度和高纬度地区。准确预测ROTI对减少电离层闪烁对地球观测系统（如全球导航卫星系统）的影响至关重要;然而,由于电离层的复杂性,现有的方法很难对ROTI进行高精度的预测。所以需要对电离层闪烁进行进一步的研究,以期实现电离层闪烁的高精度预测。本文在分析了北半球高纬度地区电离层闪烁的时空特性之后,研究了深度学习方法预测北半球高纬度加拿大地区ROTI的可能性,包括:单站预测和区域多站预测两种模式。通过大数据驱动方法对有着周期性变化的电离层闪烁进行建模和预测。实验结果表明,深度学习方法长短期记忆网络（Long Short-Term Memory Network,LSTM）对北半球高纬度单站的ROTI指数进行半小时内的短期预报,准确率均为90%以上,总技能得分（Total Skill Score,TSS）指数在0.17以上。其中,预测未来5分钟的闪烁准确率达94%以上,TSS指数在0.5以上。LSTM模型在太阳活动高发、地磁暴期间同样具有较好的预测能力。深度学习方法人工神经网络（Artificial Neural N...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缓慢太阳风周围的帕克螺旋
硕士学位论文10事件改变了局部磁常顾名思义，磁力线相互连接，导致一条磁力线上的等离子体粒子现在可以访问以前无法访问的磁力线。图2-2磁场重联事件的图示。箭头表示磁力线的方向，不同的颜色表示不同的磁区[69]Figure2-2Illustrationofamagneticreconnectionevent.Arrowsshowthedirectionofthemagneticfieldlines.Differentcolorsdepictdifferentmagneticregions[69]磁重联是一个关键的过程，因为它使带电粒子有可能穿越到它们以前无法到达的区域，例如在这种情况下，它们从行星际空间进入地球的磁层，最终到达电离层。虽然这很重要，但人们对磁重联的认识还不完全[71]。太阳驱动太阳风，太阳风由IMF组成并被冻结在沿磁力线运动的等离子体中。在适当的条件下，当太阳风到达地球时，IMF和地磁场重新连接起来，等离子体粒子位于连接太阳和地球的磁力线上。下一步是研究磁层内等离子体和磁力线的运动。2.1.5Dungey循环Dungey循环是一个模型，描述了在太阳风和与之相连的行星际磁场的影响下，地球周围的磁力线是如何变化和移动的。首次由J.W.Dungey于1962年提出，它已被证明是近地空间磁地形的近似模型[72]。图2-3显示了Dungey循环的简单示例。太阳在地球的黄昏侧视图的左边。这些数字对应于磁力线运动中的时间步，这意味着第二行将是第一行在某个时间之后的位置。带撇的数字是南半球对应的场线。底部的小圆圈是从地球的黄昏侧俯瞰北极地区的景色。它显示了与地球相连的磁力线的基点，以及带有箭头指示方向的模拟等离子体流。图中这部分的小圆圈中的数字对应于沿场线的数字。当超音速太阳风接近地球时，它在弓形激波处减速。在超音速气流中的任何障碍物前面都可以发现弓形激波，它定义了由于偏离其原始路径而使气流从超音速减
Dungey循环的图示，出自KivelsonandRussell（1996）[69]
【参考文献】：
期刊论文
[1]麦克斯韦方程组与电磁波传播规律[J]. 晏子悦. 南方农机. 2018(24)
[2]联合MW组合法及改进电离层残差法的周跳探测新方法[J]. 陈猛,李建文,陈星宇,魏绒绒,刘科. 全球定位系统. 2016(04)
[3]基于South Pole站和McMurdo站的极区电离层闪烁统计特性[J]. 李鹏辉,胡红桥,方涵先,刘瑞源,杨升高. 极地研究. 2016(01)
[4]行星际磁重联的观测与研究[J]. 黄锦,冯恒强,刘煜. 天文学进展. 2015(03)
[5]基于载波相位平滑伪距的电离层延迟量计算[J]. 张非非,胡健,佘兆宇,祝争艳. 勘察科学技术. 2014(04)
[6]桂林地区GPS电离层闪烁特征分析[J]. 祁威,邹玉华. 桂林电子科技大学学报. 2012(06)
[7]极区电离层电导率的冬季异常行为研究[J]. 胡光明,马保科. 价值工程. 2012(23)
[8]电离层闪烁对GPS系统定位性能的影响研究[J]. 刘钝,冯健,邓忠新,甄卫民. 电波科学学报. 2010(04)
[9]电离层闪烁对全球导航卫星系统（GNSS）的定位影响分析[J]. 刘钝,冯健,邓忠新,甄卫民. 全球定位系统. 2009(06)
[10]GPS电离层闪烁实时监测系统的设计与实现[J]. 李国主,宁百齐,袁洪. 电波科学学报. 2005(06)
博士论文
[1]行星际背景太阳风的三维磁流体力学数值模拟[D]. 杨子才.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[2]极区粒子沉降能量变化及其形成机制研究[D]. 周苏.中国科学技术大学 2018
[3]磁流体力学方程组和chemotaxis-Navier-Stokes方程组的渐近极限[D]. 张志朋.南京大学 2018
[4]中低纬电离层不规则体及闪烁特性研究[D]. 周彩霞.西安电子科技大学 2014
[5]太阳风扰动的地磁响应与空间环境应用模式集成[D]. 邹自明.中国科学技术大学 2014
[6]电离层对电波传播影响的相关问题研究[D]. 马保科.西安电子科技大学 2013
[7]中国中低纬电离层闪烁监测、分析与应用研究[D]. 李国主.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2007
硕士论文
[1]北半球高纬度地区电离层闪烁特性研究[D]. 王格.中国地质大学(北京) 2019
[2]基于机器学习的电离层总电子含量经验预报模型[D]. 袁天娇.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[3]基于GNSS数据的极区电离层闪烁监测及建模研究[D]. 潘丽静.中国民航大学 2015
[4]利用全球磁层MHD模型研究行星际磁场对地球磁层的影响[D]. 巩贺.南京信息工程大学 2012
[5]电离层GPS闪烁与不均匀体强度初步预报[D]. 吕新科.西安电子科技大学 2010
本文编号：3616763
【文章来源】：中国矿业大学江苏省211工程院校教育部直属院校
【文章页数】：98 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
缓慢太阳风周围的帕克螺旋
硕士学位论文10事件改变了局部磁常顾名思义，磁力线相互连接，导致一条磁力线上的等离子体粒子现在可以访问以前无法访问的磁力线。图2-2磁场重联事件的图示。箭头表示磁力线的方向，不同的颜色表示不同的磁区[69]Figure2-2Illustrationofamagneticreconnectionevent.Arrowsshowthedirectionofthemagneticfieldlines.Differentcolorsdepictdifferentmagneticregions[69]磁重联是一个关键的过程，因为它使带电粒子有可能穿越到它们以前无法到达的区域，例如在这种情况下，它们从行星际空间进入地球的磁层，最终到达电离层。虽然这很重要，但人们对磁重联的认识还不完全[71]。太阳驱动太阳风，太阳风由IMF组成并被冻结在沿磁力线运动的等离子体中。在适当的条件下，当太阳风到达地球时，IMF和地磁场重新连接起来，等离子体粒子位于连接太阳和地球的磁力线上。下一步是研究磁层内等离子体和磁力线的运动。2.1.5Dungey循环Dungey循环是一个模型，描述了在太阳风和与之相连的行星际磁场的影响下，地球周围的磁力线是如何变化和移动的。首次由J.W.Dungey于1962年提出，它已被证明是近地空间磁地形的近似模型[72]。图2-3显示了Dungey循环的简单示例。太阳在地球的黄昏侧视图的左边。这些数字对应于磁力线运动中的时间步，这意味着第二行将是第一行在某个时间之后的位置。带撇的数字是南半球对应的场线。底部的小圆圈是从地球的黄昏侧俯瞰北极地区的景色。它显示了与地球相连的磁力线的基点，以及带有箭头指示方向的模拟等离子体流。图中这部分的小圆圈中的数字对应于沿场线的数字。当超音速太阳风接近地球时，它在弓形激波处减速。在超音速气流中的任何障碍物前面都可以发现弓形激波，它定义了由于偏离其原始路径而使气流从超音速减
Dungey循环的图示，出自KivelsonandRussell（1996）[69]
【参考文献】：
期刊论文
[1]麦克斯韦方程组与电磁波传播规律[J]. 晏子悦. 南方农机. 2018(24)
[2]联合MW组合法及改进电离层残差法的周跳探测新方法[J]. 陈猛,李建文,陈星宇,魏绒绒,刘科. 全球定位系统. 2016(04)
[3]基于South Pole站和McMurdo站的极区电离层闪烁统计特性[J]. 李鹏辉,胡红桥,方涵先,刘瑞源,杨升高. 极地研究. 2016(01)
[4]行星际磁重联的观测与研究[J]. 黄锦,冯恒强,刘煜. 天文学进展. 2015(03)
[5]基于载波相位平滑伪距的电离层延迟量计算[J]. 张非非,胡健,佘兆宇,祝争艳. 勘察科学技术. 2014(04)
[6]桂林地区GPS电离层闪烁特征分析[J]. 祁威,邹玉华. 桂林电子科技大学学报. 2012(06)
[7]极区电离层电导率的冬季异常行为研究[J]. 胡光明,马保科. 价值工程. 2012(23)
[8]电离层闪烁对GPS系统定位性能的影响研究[J]. 刘钝,冯健,邓忠新,甄卫民. 电波科学学报. 2010(04)
[9]电离层闪烁对全球导航卫星系统（GNSS）的定位影响分析[J]. 刘钝,冯健,邓忠新,甄卫民. 全球定位系统. 2009(06)
[10]GPS电离层闪烁实时监测系统的设计与实现[J]. 李国主,宁百齐,袁洪. 电波科学学报. 2005(06)
博士论文
[1]行星际背景太阳风的三维磁流体力学数值模拟[D]. 杨子才.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2018
[2]极区粒子沉降能量变化及其形成机制研究[D]. 周苏.中国科学技术大学 2018
[3]磁流体力学方程组和chemotaxis-Navier-Stokes方程组的渐近极限[D]. 张志朋.南京大学 2018
[4]中低纬电离层不规则体及闪烁特性研究[D]. 周彩霞.西安电子科技大学 2014
[5]太阳风扰动的地磁响应与空间环境应用模式集成[D]. 邹自明.中国科学技术大学 2014
[6]电离层对电波传播影响的相关问题研究[D]. 马保科.西安电子科技大学 2013
[7]中国中低纬电离层闪烁监测、分析与应用研究[D]. 李国主.中国科学院研究生院（武汉物理与数学研究所） 2007
硕士论文
[1]北半球高纬度地区电离层闪烁特性研究[D]. 王格.中国地质大学(北京) 2019
[2]基于机器学习的电离层总电子含量经验预报模型[D]. 袁天娇.中国科学院大学(中国科学院国家空间科学中心) 2017
[3]基于GNSS数据的极区电离层闪烁监测及建模研究[D]. 潘丽静.中国民航大学 2015
[4]利用全球磁层MHD模型研究行星际磁场对地球磁层的影响[D]. 巩贺.南京信息工程大学 2012
[5]电离层GPS闪烁与不均匀体强度初步预报[D]. 吕新科.西安电子科技大学 2010
本文编号：3616763
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