CN110245316A - 一种电离层参数的反演方法 - Google Patents

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孙秀志
王健
韩峰
贾文科
韩阳
姬生云
杨杰
杨铖
付炜
苏海斌
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Qingdao Agricultural University
China Research Institute of Radio Wave Propagation CRIRP
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31007 Army Of Chinese People's Liberation Army
Qingdao Agricultural University
China Research Institute of Radio Wave Propagation CRIRP
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Abstract

本发明公开了一种电离层参数的反演方法，它包括如下步骤，步骤A：读取电离层斜向探测链路获得的链路两个端点的经纬度、探测时间以及基本最高可用频率和时延等信息；步骤B：反演F2层3000公里传输因子M；步骤C：反演F2层临界频率f。其有益效果在于：本发明可操作性强，数据选取容易，预报结果的准确度更高，可为短波通信选频提供更可靠的数据支撑。

Description

一种电离层参数的反演方法
技术领域
本发明属于一种电离层特性计算方法，具体涉及一种电离层参数的反演方法。
背景技术
斜向探测能够获得收发站不同频率电波传播的时延，同时可得到最低可用频率及最高可用频率等参数。在此基础上，利用反演方法可获取探测链路中心点的电离层高度、临界频率、剖面信息。目前，常用的反演方法由Rao方法、改进Rao方法、遗传算法以及Smith等方法。Rao反演方法以准抛物(QP)电离层模型为基础，基于地面距离和群路径方程，利用迭代法求取电离层参数，直到误差满足一定的精度为止，该方法的缺点时稳定性不够好。
考虑Rao方法的不稳定性因素，柳文等人引进解不稳定问题的正则算法，一定程度上克服了Rao算法不稳定性的缺陷，取得了较好的反演结果。但是正则参数的选取非常复杂，需建立在理论和经验相结合的基础上，这给工程应用带来了一定困难。
遗传算法反演同样以准抛物电离层模型为基础，利用遗传算法求解地面距离和斜距离方程，进而确定电离层参数局部最优解，该方法具有更好的抗噪能力，较Rao方法具有较好的稳定性，但计算量相对较大。
Smith方法利用垂直探测和斜向探测频率间的三角关系进行参数反演，利用该方法计算路径中点的F2层临界频率f时要准确定位斜向探测电离图的终点，对斜向探测电离图要求较为严格。
发明内容
本发明的目的提供一种电离层参数的反演方法，该方法基于目前电离层斜向探测基础，利用探测所得到的基本最高可用频率及其时延直接反演路径终点的F2层临界频率f和F2层3000公里传输因子M。
本发明的技术方案如下：一种电离层参数的反演方法，它包括如下步骤，
步骤A：读取电离层斜向探测链路获得的链路两个端点的经纬度、探测时间以及基本最高可用频率和时延等信息；
步骤B：反演F2层3000公里传输因子M；
步骤C：反演F2层临界频率f。
所述的步骤B包括如下步骤，
步骤B1：若能够准确获取时延则利用下式计算
其中，τ为基本MUF对应的时延，a0为地球半径，单位为公里，d为传播距离，单位为公里，c为光速，单位为km/s；
步骤B2：若不能准确获取时延，则利用GJB 1925-1994所述方法计算得到F2层3000公里传输因子月中值进行替代。
所述的步骤C包括如下步骤，
步骤C1：计算转换因子D
步骤C2：计算磁旋频率fH
fH＝2.8F
其中，
其中，θ为经度，R为高度因子，取0.955，和为场模型数学系数,F：地磁矢量，Fx：地磁矢量x轴上分量，Fy：地磁矢量y轴上分量，Fz：地磁矢量z轴上分量，n、m为场模型阶数，和可由下式求得：
其中，为勒让德函数，λ为地理纬度；
步骤C3：计算F2层临界频率f
其中，MUF:基本最高可用频率。
本发明的有益效果在于：本发明可操作性强，数据选取容易，预报结果的准确度更高，可为短波通信选频提供更可靠的数据支撑。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明作进一步详细说明。
本发明从工程实用角度出发，提出了一种电离层参数的反演方法，该方法基于目前电离层斜向探测技术和设备，利用探测得到的基本最高可用频率和时延等参数反演路径中点的F2层临界频率f和F2层3000公里传输因子M。
具体步骤如下：
步骤A：读取电离层斜向探测链路获得的链路两个端点的经纬度、探测时间以及基本最高可用频率和时延等信息。
步骤B：反演F2层3000公里传输因子M。
进一步，对步骤B具体叙述如下：
步骤B1：若能够准确获取时延则利用下式计算。
其中，τ为基本MUF对应的时延，a0为地球半径，单位为公里，d为传播距离，单位为公里，c为光速，单位为km/s。
步骤B2：若不能准确获取时延，则利用GJB 1925-1994所述方法计算得到F2层3000公里传输因子月中值进行替代。
步骤C：反演F2层临界频率f。
进一步，对步骤C具体叙述如下：
步骤C1：计算转换因子D
步骤C2：计算磁旋频率fH
fH＝2.8F
其中，
其中，θ为经度，R为高度因子，取0.955，和为场模型数学系数,F：地磁矢量，Fx：地磁矢量x轴上分量，Fy：地磁矢量y轴上分量，Fz：地磁矢量z轴上分量，n、m为场模型阶数，和和可由下式求得：
其中，为勒让德函数，λ为地理纬度，为勒让德函数phi向导数，为勒让德函数余纬转换量，为勒让德函数转换量。
步骤C3：计算F2层临界频率f
其中，MUF:基本最高可用频率。
综上所述，本发明提供了一种基于射线理论的电离层参数foF2的反演方法。本发明的最大优势在于对电离层参数foF2的反演准确度较高，通过实测数据对比，反演结果要优于中国参考电离层给出的结果，与Smith方法具有相似的精度。本发明易于工程实现，对不同距离的探测链路具有较好的适应性，可操作性强。可用于短波通信频率实时预报、动态频率管理及其相关领域，提供稳定可靠的数据支撑。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种电离层参数的反演方法，其特征在于：它包括如下步骤，
步骤A：读取电离层斜向探测链路获得的链路两个端点的经纬度、探测时间以及基本最高可用频率和时延等信息；
步骤B：反演F2层3000公里传输因子M；
步骤C：反演F2层临界频率f。
2.如权利要求1所述的一种电离层参数的反演方法，其特征在于：所述的步骤B包括如下步骤，
步骤B1：若能够准确获取时延则利用下式计算
其中，τ为基本MUF对应的时延，a0为地球半径，单位为公里，单位为公里，c为光速，单位为km/s；
步骤B2：若不能准确获取时延，则利用GJB 1925-1994所述方法计算得到F2层3000公里传输因子月中值进行替代。
3.如权利要求1所述的一种电离层参数的反演方法，其特征在于：所述的步骤C包括如下步骤，
步骤C1：计算转换因子D
步骤C2：计算磁旋频率fH
fH＝2.8F
其中，
其中，θ为经度，取0.955，和为场模型数学系数,F：地磁矢量，Fx：地磁矢量x轴上分量，Fy：地磁矢量y轴上分量，Fz：地磁矢量z轴上分量，n、m为场模型阶数，和可由下式求得：
其中，Pn,为勒让德函数；λ为地理纬度；
步骤C3：计算F2层临界频率f
其中，MUF:基本最高可用频率。
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