CN111693788A - 一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统与验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统及验证方法，系统包括星地闪电数据提取模块、pearson相关系数分析模块、比例分析模块、pearson相关性系数判定模块、比例判定模块、综合判定模块。本发明的方法通过对多源不同累积时间的闪电数据的分析，产生相关性系数和比值比，可实现快速验证卫星观测闪电数据的正确性及可靠性；同时将相关报警信息和解析异常数值实时发送至闪电成像仪自动复位发令系统以及高级维护人员，可为卫星载荷在轨工作状态实时调整提供判别依据，有效的提高应急响应速度；以及通过闪电数据检验结果的长期累积，可对长期卫星观测闪电数据的正确性和可靠性提供验证数据基础，为后续卫星载荷的改进提供理论依据。

Description

一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统与验证方法

技术领域

本发明涉及高轨卫星闪电观测数据的质量控制技术领域，具体来说，涉及一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统与验证方法。

背景技术

中国对空间光学闪电探测理论和闪电探测算法的基础薄弱，在卫星平台观测闪电领域一直处于空白状态。于2016年12月11日成功发射的FY4A卫星，是我国第一台三轴稳定姿态控制高轨道静止气象卫星，其搭载的闪电成像仪填补了世界在持续不间断卫星观测中国区域及邻近地区总闪电的空白。由于我国首次进行空间光学闪电探测，在轨运行初期没有任何经验和资料可循，因此需要针对卫星观测闪电数据的可靠性进行检验。

针对上述技术问题，目前并未提出有效的解决方案。

发明内容

针对相关技术中的上述技术问题，本发明提出一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统与验证方法，能够解决现有的快速检验卫星闪电数据长期累积数据和实时数据的准确性问题，以及无法满足对卫星闪电数据进行自动化的实时验证，和部分卫星设备状态异常无法实时报警的技术问题。

为实现上述技术目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统，包括星地闪电数据提取模块、pearson相关系数分析模块、比例分析模块、pearson相关性系数判定模块、比例判定模块、综合判定模块；其中，

所述星地闪电数据提取模块的输入端用于获取星地闪电数据，所述星地闪电数据提取模块的输出端与所述pearson相关系数分析模块的输入端和所述比例分析模块的输入端连接，所述pearson相关系数分析模块的输出端与所述pearson相关性系数判定模块的输入端连接，所述比例分析模块的输出端与所述比例判定模块的输入端连接，所述pearson相关性系数判定模块的输出端与所述比例判定模块的输出端均与所述综合判定模块的输入端连接，所述综合判定模块的输出端用于输出最终判断结果。

进一步的，所述星地闪电数据提取模块获取的星地闪电数据包括卫星观测中国大陆区域总闪电数量值、ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值。

进一步的，所述综合判定模块的输出端与地面应用系统、高级维护人员、闪电成像仪自动复位发令系统连接。

本发明还公开了一种基于pearson相关性星地闪电比对系统的验证方法，包括如下步骤：

S1：通过所述星地闪电数据提取模块提取高轨气象闪电event数据，同时提取并输出ADTD地基观测闪电数据；

S2：根据步骤S1中得到的高轨气象闪电event数据，提取并输出卫星观测中国大陆区域总闪电数量值；

S3：根据步骤S1中得到的ADTD地基观测闪电数据，提取并输出ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值；

S4：求解1min累积卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与1min累积ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值的比值，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的比值比数值输出；

S5：求解连续12h逐小时卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与对应连续12h逐小时ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的pearson相关性系数值输出；

S6：判别1min累积星地观测中国大陆区域闪电数量值的比值比数值是否在0.01-100之间，若满足，继续判断S8，若不满足，判断S12；

S7：判别连续12h逐小时星地观测中国大陆区域闪电数量值的pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，若满足，继续判断S9，若不满足，判断S12；

S8：求解60min累积卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与60min累积ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值比值，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的比值比数值输出；

S9：求解连续60min逐分钟卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与对应连续60min逐分钟ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的pearson相关性系数值输出；

S10：判别60min累积星地观测中国大陆区域闪电数量值的比值比数值是否在0.01-100之间，若满足，终止判断并输出结果，若不满足，判断S12；

S11：判别连续60min逐分钟星地观测中国大陆区域闪电数量值的pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，若满足，终止判断并输出结果，若不满足，判断S13；

S12：进行终止条件判断，并将最终判断结果进行输出。

进一步的，所述步骤S12中，将最终判断结果输出至高级维护人员、闪电成像仪自动复位发令系统。

其中，所述步骤S12中，最终判断结果的输出具体包括如下步骤：

S121：如果仅步骤S6或步骤S7或步骤S10或步骤S11其中之一不满足，则进行向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S122：如果仅步骤S6与步骤S7共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送卫星遥控单指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S123：如果仅步骤S10与步骤S11共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送卫星遥控单指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S124：如果步骤S6、步骤S7、步骤S10、步骤S11共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送预置多卫星遥控指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果。

本发明的有益效果：

1、本发明通过对多源不同累积时间的闪电数据的分析，产生相关性系数和比值比，可实现快速验证卫星观测闪电数据的正确性及可靠性；

2、本发明通过将相关报警信息和解析异常数值实时发送至闪电成像仪自动复位发令系统以及高级维护人员，可为卫星载荷在轨工作状态实时调整提供判别依据，有效的提高应急响应速度；

3、本发明通过闪电数据检验结果的长期累积，可对长期卫星观测闪电数据的正确性和可靠性提供验证数据基础，为后续卫星载荷的改进提供理论依据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本发明实施例所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对系统的结构示意图；

图2是根据本发明实施例所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对系统的验证方法的工作流程图；

图3是根据本发明实施例所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对系统的实施例示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，根据本发明实施例所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统，包括星地闪电数据提取模块、pearson相关系数分析模块、比例分析模块、pearson相关性系数判定模块、比例判定模块、综合判定模块；其中，星地闪电数据提取模块的输入端用于获取星地闪电数据，星地闪电数据提取模块的输出端与pearson相关系数分析模块的输入端和比例分析模块的输入端连接，pearson相关系数分析模块的输出端与pearson相关性系数判定模块的输入端连接，比例分析模块的输出端与比例判定模块的输入端连接，pearson相关性系数判定模块的输出端与比例判定模块的输出端均与综合判定模块的输入端连接，综合判定模块的输出端用于输出最终判断结果。

在一具体实施例中，星地闪电数据提取模块获取的星地闪电数据包括卫星观测中国大陆区域总闪电数量值、ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值。

优选的，星地观测闪电数据提取模块用于提取并输出星地观测总闪电数量值。

在一具体实施例中，pearson相关系数分析模块用于解析获取到的星地观测总闪电数量值之间的pearson相关性系数，并输出解析结果。

在一具体实施例中，比例分析模块用于解析获取到的星地观测总闪电数量值之间的比值比，并输出解析结果。

在一具体实施例中，pearson相关性系数判定模块用于判别星地观测闪电数量值的pearson相关性系数数值，并输出判别结果。

在一具体实施例中，比例判定模块用于判别星地观测闪电数量值的比值比数值，并输出判别结果。

在一具体实施例中，综合判定模块的输出端与地面应用系统、高级维护人员、闪电成像仪自动复位发令系统连接。

优选的，综合判定模块用于进行终止条件判断，并输出最终判断结果。

如图2所示，本发明还公开了一种基于pearson相关性星地闪电比对系统的验证方法，包括如下步骤：

S1：通过所述星地闪电数据提取模块提取高轨气象闪电event数据，同时提取并输出ADTD地基观测闪电数据；

S2：根据步骤S1中得到的高轨气象闪电event数据，提取并输出卫星观测中国大陆区域总闪电数量值；

S3：根据步骤S1中得到的ADTD地基观测闪电数据，提取并输出ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值；

S4：求解1min累积卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与1min累积ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值的比值，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的比值比数值输出；

S5：求解连续12h逐小时卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与对应连续12h逐小时ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的pearson相关性系数值输出；

S6：判别1min累积星地观测中国大陆区域闪电数量值的比值比数值是否在0.01-100之间，若满足，继续判断S8，若不满足，判断S12；

S7：判别连续12h逐小时星地观测中国大陆区域闪电数量值的pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，若满足，继续判断S9，若不满足，判断S12；

S8：求解60min累积卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与60min累积ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值比值，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的比值比数值输出；

S9：求解连续60min逐分钟卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与对应连续60min逐分钟ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的pearson相关性系数值输出；

S10：判别60min累积星地观测中国大陆区域闪电数量值的比值比数值是否在0.01-100之间，若满足，终止判断并输出结果，若不满足，判断S12；

S11：判别连续60min逐分钟星地观测中国大陆区域闪电数量值的pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，若满足，终止判断并输出结果，若不满足，判断S13；

S12：进行终止条件判断，并将最终判断结果进行输出。

在一具体实施例中，步骤S12中，将最终判断结果输出至高级维护人员、闪电成像仪自动复位发令系统。

优选的，步骤S12中，最终判断结果的输出具体包括如下步骤：

S121：如果仅步骤S6或步骤S7或步骤S10或步骤S11其中之一不满足，则进行向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S122：如果仅步骤S6与步骤S7共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送卫星遥控单指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S123：如果仅步骤S10与步骤S11共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送卫星遥控单指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S124：如果步骤S6、步骤S7、步骤S10、步骤S11共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送预置多卫星遥控指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果。

如图3所示，本发明的一个具体实施例如下：

一种星地闪电比对系统的验证方法，步骤包括：首先在FY-4A地面应用系统建设中，设计在任务管理与控制分系统中部署闪电成像仪星地闪电数据自动比对系统，获取两种数据并对卫星实现控制；然后在星地闪电数据自动比对系统部署在风云四号地面应用系统中的任务管理与控制系统内，获取由卫星观测闪电后产生的event数据产品，以及地基观测的闪电数据产品；最后通过进行星地闪电数据自动检验，并将最终判断结果分别输出，其中所有解析的pearson相关系数数值与比值比数值信息发送至地面应用系统，判别后所有超出设定范围的报警信息发送至高级维护人员，判别后将针对卫星设备的运行控制信息发送至闪电成像仪自动复位发令系统。

其中，任务管理与控制系统控制在轨运行高轨卫星设备，并部署星地闪电数据自动检验系统；高级维护人员用于接收报警信息，并控制闪电成像仪自动复位系统；闪电成像仪自动复位系统用于自动发送控制闪电成像仪载荷复位相关指令。

为了方便理解本发明的上述技术方案，以下通过具体使用方式上对本发明的上述技术方案进行详细说明。

在具体使用时，根据本发明所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统与验证方法，系统包括星地闪电数据提取模块、pearson相关系数分析模块、比例分析模块、pearson相关性系数判定模块、比例判定模块、综合判定模块。其中，星地观测闪电数据提取模块用于提取并输出卫星观测中国大陆区域总闪电数量值，提取并输出ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值；pearson相关系数分析模块用于解析不同累积时间卫星观测中国大陆区域总闪电数量值，与对应累积时间ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值，两种变量之间的pearson相关性系数，并将解析结果数值输出；比例分析模块用于解析不同累积时间卫星观测中国大陆区域总闪电数量值，与对应累积时间ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值，两种变量之间的比值比，并将解析结果数值输出；pearson相关性系数判定模块用于判别不同累积时间星地观测中国区域闪电数量pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，并将判别结果输出；比例判定模块用于判别不同累积时间星地观测中国区域闪电数量比值比数值是否在0.01-100之间，并将判别结果输出；综合判定模块用于进行终止条件判断，将最终判断结果分别输出至地面应用系统、高级维护人员、闪电成像仪自动复位发令系统。

验证方法为，首先提取星地观测总闪电数量值数据，并输出此数据，然后依次求解并判别1min累积和60min累积的星地观测中国大陆区域总闪电数量值比值，以及依次求解并判别连续12h逐小时、连续60min逐分钟的星地观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数；最后将判别结果进行输出。其中，首先判别1min累积的星地观测中国大陆区域总闪电数量值的比值比数数值是否在0.01-100之间，若不满足，则进行终止判别并输出判别结果，若满足，则继续判别60min累积的星地观测中国大陆区域总闪电数量值的比值比数数值是否在0.01-100，此时若继续满足，则终止判断并输出判别结果，若不满足，则进行终止条件判断并输出判断结果；然后判别连续12h逐小时的星地观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，若不满足，则进行终止判断并输出判断结果，若满足，则继续判别连续60min逐分钟的星地观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，此时若继续满足，则终止判断并输出判别结果，若不满足，则进行终止条件判断并输出判断结果。

综上所述，本发明通过公开一种基于Pearson相关性星地闪电比对系统及验证方法，将高轨道静止气象闪电观测数据与地基观测ADTD数据进行对比验证，利用皮尔逊相关系数衡量两种观测数据之间的相关性，根据变量之间皮尔逊相关系数的数值；并且利用两种闪电数据进行比例值的计算，根据比值的数值与皮尔逊相关系数的数值；并在两种数值相互参考时分别定义两个指标，相互参考来判断卫星闪电数据的来判定数据的真实性与可靠性；避免了因为空间中复杂环境对高轨气象卫星闪电成像仪载荷设备造成的设备干扰所引起的数据异常，从闪电数据的角度出发，利用两种不同观测闪电数据变量间的相关性进行系统分解，无需提前了解风云四号地面应用系统的机理知识，使得卫星闪电数据的正确性和稳定性更加易于实现。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统，其特征在于，包括星地闪电数据提取模块、pearson相关系数分析模块、比例分析模块、pearson相关性系数判定模块、比例判定模块、综合判定模块；其中，

所述星地闪电数据提取模块的输入端用于获取星地闪电数据，所述星地闪电数据提取模块的输出端与所述pearson相关系数分析模块的输入端和所述比例分析模块的输入端连接，所述pearson相关系数分析模块的输出端与所述pearson相关性系数判定模块的输入端连接，所述比例分析模块的输出端与所述比例判定模块的输入端连接，所述pearson相关性系数判定模块的输出端与所述比例判定模块的输出端均与所述综合判定模块的输入端连接，所述综合判定模块的输出端用于输出最终判断结果。

2.根据权利要求1所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统，其特征在于，所述星地闪电数据提取模块获取的星地闪电数据包括卫星观测中国大陆区域总闪电数量值、ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值。

3.根据权利要求1所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对的系统，其特征在于，所述综合判定模块的输出端与地面应用系统、高级维护人员、闪电成像仪自动复位发令系统连接。

4.一种基于pearson相关性星地闪电比对系统的验证方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：通过所述星地闪电数据提取模块提取高轨气象闪电event数据，同时提取并输出ADTD地基观测闪电数据；

S2：根据步骤S1中得到的高轨气象闪电event数据，提取并输出卫星观测中国大陆区域总闪电数量值；

S3：根据步骤S1中得到的ADTD地基观测闪电数据，提取并输出ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值；

S4：求解1min累积卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与1min累积ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值的比值，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的比值比数值输出；

S5：求解连续12h逐小时卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与对应连续12h逐小时ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的pearson相关性系数值输出；

S6：判别1min累积星地观测中国大陆区域闪电数量值的比值比数值是否在0.01-100之间，若满足，继续判断S8，若不满足，判断S12；

S7：判别连续12h逐小时星地观测中国大陆区域闪电数量值的pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，若满足，继续判断S9，若不满足，判断S12；

S8：求解60min累积卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与60min累积ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值比值，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的比值比数值输出；

S9：求解连续60min逐分钟卫星观测中国大陆区域总闪电数量值与对应连续60min逐分钟ADTD地基观测中国大陆区域总闪电数量值pearson相关性系数，并将此星地观测中国大陆区域总闪电数量值的pearson相关性系数值输出；

S10：判别60min累积星地观测中国大陆区域闪电数量值的比值比数值是否在0.01-100之间，若满足，终止判断并输出结果，若不满足，判断S12；

S11：判别连续60min逐分钟星地观测中国大陆区域闪电数量值的pearson相关性系数数值是否在0.1-1之间，若满足，终止判断并输出结果，若不满足，判断S13；

S12：进行终止条件判断，并将最终判断结果进行输出。

5.根据权利要求4所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对系统的验证方法，其特征在于，所述步骤S12中，将最终判断结果输出至高级维护人员、闪电成像仪自动复位发令系统。

6.根据权利要求5所述的一种基于pearson相关性星地闪电比对系统的验证方法，其特征在于，所述步骤S12中，最终判断结果的输出具体包括如下步骤：

S121：如果仅步骤S6或步骤S7或步骤S10或步骤S11其中之一不满足，则进行向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S122：如果仅步骤S6与步骤S7共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送卫星遥控单指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S123：如果仅步骤S10与步骤S11共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送卫星遥控单指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果；

S124：如果步骤S6、步骤S7、步骤S10、步骤S11共同不满足，则进行向闪电成像仪自动复位发令系统发送预置多卫星遥控指令相关信息，并同时向高级维护人员发送报警信息及判别结果。

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