CN106842191A - 一种电离层参数的获取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种电离层参数的获取方法,至少包括:先选择已知位置的广播电台作为发射站;再建立接收站,获取接收站的位置、接收信号的频率和接收信号的俯仰角信息;接着计算得到发射站和接收站之间的地面大圆距离;最后基于接收信号的频率、接收信号的俯仰角信息和地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数。由于本发明能够在不建立发射站的基础上,利用现有的广播电台作为发射站,因此降低了电离层参数的获取成本。此外,由于采用了遗传算法进行反演,确保了电离层参数的搜索结果为全局最优结果,从而提高了反演结果的精度,进而提高了电离层参数的获取准确度。
Description
技术领域
本发明涉及通信技术领域,尤其涉及一种电离层参数的获取方法。
背景技术
电离层是分布在地球表面60km以上的一个电离区域,由于受到太阳的紫外线、X射线等辐射,在大气中发生电离而形成。由于其能够使无线电波改变传播速度,发生折射、反射、散射和被吸收,因此,探测电离层对无线电传播、航空航天以及军事通信发展都具有重要的意义。
目前,电离层参数的获取多采用国际参考电离层模型,由于该模型预报的参数是电离层的平均模式,不能对电离层参数的实时状态进行现报,因此,电离层参数现报多采用探测方法,如垂直探测、斜向及斜向返回探测、大功率非相干散射雷达等几种地面主动式无线电探测方法。例如Reinisch等人基于电离层垂测站数据开电子浓度剖面反演分析,Chuang等人基于斜向探测得到收发站之间区域的电子浓度分布,Dyson等人通过返回扫频探测得到电子浓度分布。但是,由于电离层的垂测和斜测等主动探测模式需要大功率的发射设备,探测系统的设备复杂,成本较高,因此出现了各种无源探测方式。例如Jowett等人利用高频非合作辐射源进行电离层传播信道参数预报,Beley等人利用广播电台进行电离层行波扰动探测,Lind等人利用FM电台进行E层FAI探测。但是,现有的无源探测方法的探测准确度较低。
因此,需要一种电离层参数的获取方法来解决成本高和准确度低的问题。
发明内容
本发明通过提供一种电离层参数的获取方法,解决了现有技术中成本高和准确度低的技术问题,实现了降低电离层参数的获取成本和提高参数获取准确度的技术效果。
本发明提供了一种电离层参数的获取方法,至少包括:
选择已知位置的广播电台作为发射站;
建立接收站,获取所述接收站的位置、接收信号的频率和接收信号的俯仰角信息;
基于所述发射站的位置和所述接收站的位置计算所述发射站和所述接收站之间的地面大圆距离;
基于所述接收信号的频率、所述接收信号的俯仰角信息和所述地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数。
进一步地,所述选择已知位置的广播电台作为发射站,具体包括:
选择至少3个已知位置的不同信号频率的广播电台作为所述发射站。
进一步地,所述基于所述发射站的位置和所述接收站的位置计算所述发射站和所述接收站之间的地面大圆距离,具体包括:
通过公式计算得到所述发射站和所述接收站之间的地面大圆距离D;
其中,是发射站A的纬度,θA是发射站A的经度,是接收站B的纬度,θB是接收站B的经度。
进一步地,所述基于所述接收信号的频率、所述接收信号的俯仰角信息和所述地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数,具体包括:
基于QPS电离层模型,将所述接收信号的频率、所述接收信号的俯仰角信息和所述地面大圆距离作为反演输入数据,采用遗传算法,反演得到所述电离层参数。
进一步地,所述基于QPS电离层模型,将所述接收信号的频率、所述接收信号的俯仰角信息和所述地面大圆距离作为反演输入数据,采用遗传算法,反演得到所述电离层参数,具体包括:
根据电离层预报模型的预报值和所述接收信号的频率,使用射线跟踪求解不同发射仰角的射线传播的地面大圆距离,选取与所述地面大圆距离对应的俯仰角作为理论俯仰角;
根据所述接收信号的俯仰角信息和所述理论俯仰角,计算适应度函数;
基于所述适应度函数,采用遗传算法,搜索得到最优电离层参数。
进一步地,所述根据所述接收信号的俯仰角信息和所述理论俯仰角,计算适应度函数,具体包括:
通过公式F(X)=Cmax-G(X),计算得到所述适应度函数F(X);
其中,Cmax是一个较大数,G(X)是目标函数,且β是所述理论俯仰角,βobs是所述接收信号的俯仰角信息,Cβ是获取所述接收信号的俯仰角信息的误差的协方差矩阵。
进一步地,若获取所述接收信号的俯仰角信息的误差互不相关,则有
其中,是第i个接收信号俯仰角的测量标准差。
进一步地,所述电离层预报模型为IRI模型或CRI模型。
本发明中提供的一个或多个技术方案,至少具有如下技术效果或优点:
先选择已知位置的广播电台作为发射站;再建立接收站,获取接收站的位置、接收信号的频率和接收信号的俯仰角信息;接着计算得到发射站和接收站之间的地面大圆距离;最后基于接收信号的频率、接收信号的俯仰角信息和地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数。由于本发明能够在不建立发射站的基础上,利用现有的广播电台作为发射站,因此降低了电离层参数的获取成本。此外,由于采用了遗传算法进行反演,确保了电离层参数的搜索结果为全局最优结果,从而提高了反演结果的精度,进而提高了电离层参数的获取准确度。
附图说明
图1为本发明实施例提供的电离层参数的获取方法的流程图;
图2为本发明实施例提供的电离层参数的获取方法中步骤S140的原理图。
具体实施方式
本发明实施例通过提供一种电离层参数的获取方法,解决了现有技术中成本高和准确度低的技术问题,实现了降低电离层参数的获取成本和提高参数获取准确度的技术效果。
本发明实施例中的技术方案为解决上述技术问题,总体思路如下:
先选择已知位置的广播电台作为发射站;再建立接收站,获取接收站的位置、接收信号的频率和接收信号的俯仰角信息;接着计算得到发射站和接收站之间的地面大圆距离;最后基于接收信号的频率、接收信号的俯仰角信息和地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数。由于本发明实施例能够在不建立发射站的基础上,利用现有的广播电台作为发射站,因此降低了电离层参数的获取成本。此外,由于采用了遗传算法进行反演,确保了电离层参数的搜索结果为全局最优结果,从而提高了反演结果的精度,进而提高了电离层参数的获取准确度。
为了更好地理解上述技术方案,下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
参见图1,本发明实施例提供的电离层参数的获取方法,至少包括:
步骤S110:选择已知位置的广播电台作为发射站;
对本步骤进行说明:
选择至少3个已知位置的不同信号频率的广播电台作为发射站。
步骤S120:建立接收站,获取接收站的位置、接收信号的频率和接收信号的俯仰角信息;
其中,可以通过测量的方法获取接收信号的俯仰角信息。
对本发明实施例进行说明:
从国际电信联盟发布的短波全频段无线电频率划分列表中,选择至少3个发射站。发射站不能与接收站同在一个坐标位置上,短波调幅广播电台信号采用AM调制方式,且为不同频率短波信号。
步骤S130:基于发射站的位置和接收站的位置计算发射站和接收站之间的地面大圆距离;
对本步骤进行说明:
通过公式计算得到发射站A和接收站B之间的地面大圆距离D;
其中,是发射站A的纬度,θA是发射站A的经度,是接收站B的纬度,θB是接收站B的经度。
因此,只要知道了发射站和接收站的坐标位置,就可以计算得到它们之间的地面大圆距离。
步骤S140:基于接收信号的频率、接收信号的俯仰角信息和地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数。
参见图2,对本步骤进行说明:
基于QPS电离层模型,将接收信号的频率、接收信号的俯仰角信息和地面大圆距离作为反演输入数据,采用遗传算法,反演得到电离层参数。
具体地,根据电离层预报模型的预报值和接收信号的频率,使用射线跟踪求解不同发射仰角的射线传播的地面大圆距离,选取与地面大圆距离对应的俯仰角作为理论俯仰角;
在本实施例中,电离层预报模型为IRI模型或CRI模型。
根据接收信号的俯仰角信息和理论俯仰角,计算适应度函数;
适应度函数的确定和反演问题的目标函数有关。根据理论计算得到的接收信号俯仰角与实际测量的俯仰角方差之和作为目标函数G(X)。一般我们认为测量数据的误差是相互独立的高斯误差,则目标函数为
其中,β是理论俯仰角,βobs是接收信号的俯仰角信息,Cβ是获取接收信号的俯仰角信息的误差的协方差矩阵。
这个函数反映了理论模型的计算结果与实际观测数据的偏离程度。
需要说明的是,若获取接收信号的俯仰角信息的误差互不相关,则有
其中,是第i个接收信号俯仰角的测量标准差。
反演问题就是要寻找一个模型使得这种偏离程度最小。取适应度函数为
F(X)=Cmax-G(X)
其中,Cmax是一个较大数。
因此,通过公式F(X)=Cmax-G(X),就可以计算得到适应度函数F(X)。
基于适应度函数,采用遗传算法,搜索得到最优电离层参数。
在本实施例中,需要对电离层参数进行编码。编码的具体方案为:
采用多参数级联二进制编码方式,将电离层参数中的每个参数分别进行二进制编码,然后按照一定的顺序连接在一起,组成全部参数的个体编码。每个编码就是遗传算法的一个染色体,其中的每个参量为基因。
【技术效果】
1、先选择已知位置的广播电台作为发射站;再建立接收站,获取接收站的位置、接收信号的频率和接收信号的俯仰角信息;接着计算得到发射站和接收站之间的地面大圆距离;最后基于接收信号的频率、接收信号的俯仰角信息和地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数。由于本发明实施例能够在不建立发射站的基础上,利用现有的广播电台作为发射站,因此降低了电离层参数的获取成本。此外,由于采用了遗传算法进行反演,确保了电离层参数的搜索结果为全局最优结果,从而提高了反演结果的精度,进而提高了电离层参数的获取准确度。
2、本发明实施例通过与短波全频段无线电频率划分列表进行比对,确保了接收到的信号都经过了电离层反射,从而包含了电离层信息,进一步地提高了电离层参数的获取准确度
本发明实施例能够在不建设发射站的基础上,通过遗传算法反演获取电离层参数,不仅有效提高了雷达系统的定位精度,而且为电离层参数的获取提供了另一种方法。
本领域内的技术人员应明白,本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此,本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且,本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器,使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中,使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品,该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上,使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理,从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本发明的优选实施例,但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念,则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以,所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然,本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样,倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内,则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (8)
1.一种电离层参数的获取方法,其特征在于,至少包括:
选择已知位置的广播电台作为发射站;
建立接收站,获取所述接收站的位置、接收信号的频率和接收信号的俯仰角信息;
基于所述发射站的位置和所述接收站的位置计算所述发射站和所述接收站之间的地面大圆距离;
基于所述接收信号的频率、所述接收信号的俯仰角信息和所述地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数。
2.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述选择已知位置的广播电台作为发射站,具体包括:
选择至少3个已知位置的不同信号频率的广播电台作为所述发射站。
3.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述发射站的位置和所述接收站的位置计算所述发射站和所述接收站之间的地面大圆距离,具体包括:
通过公式计算得到所述发射站和所述接收站之间的地面大圆距离D;
其中,是发射站A的纬度,θA是发射站A的经度,是接收站B的纬度,θB是接收站B的经度。
4.如权利要求1所述的方法,其特征在于,所述基于所述接收信号的频率、所述接收信号的俯仰角信息和所述地面大圆距离,利用遗传算法反演得到电离层参数,具体包括:
基于QPS电离层模型,将所述接收信号的频率、所述接收信号的俯仰角信息和所述地面大圆距离作为反演输入数据,采用遗传算法,反演得到所述电离层参数。
5.如权利要求4所述的方法,其特征在于,所述基于QPS电离层模型,将所述接收信号的频率、所述接收信号的俯仰角信息和所述地面大圆距离作为反演输入数据,采用遗传算法,反演得到所述电离层参数,具体包括:
根据电离层预报模型的预报值和所述接收信号的频率,使用射线跟踪求解不同发射仰角的射线传播的地面大圆距离,选取与所述地面大圆距离对应的俯仰角作为理论俯仰角;
根据所述接收信号的俯仰角信息和所述理论俯仰角,计算适应度函数;
基于所述适应度函数,采用遗传算法,搜索得到最优电离层参数。
6.如权利要求5所述的方法,其特征在于,所述根据所述接收信号的俯仰角信息和所述理论俯仰角,计算适应度函数,具体包括:
通过公式F(X)=Cmax-G(X),计算得到所述适应度函数F(X);
其中,Cmax是一个较大数,G(X)是目标函数,且β是所述理论俯仰角,βobs是所述接收信号的俯仰角信息,Cβ是获取所述接收信号的俯仰角信息的误差的协方差矩阵。
7.如权利要求6所述的方法,其特征在于,若获取所述接收信号的俯仰角信息的误差互不相关,则有
其中,是第i个接收信号俯仰角的测量标准差。
8.如权利要求5-7中任一项所述的方法,其特征在于,所述电离层预报模型为IRI模型或CRI模型。
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