CN111830596B - 一种未来半小时内单站uhf频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法，包括如下步骤：步骤1，在地磁纬度9度至12度之间的低纬地区的单站持续监测静轨通信卫星UHF频段信号的电离层闪烁指数S4数据；步骤2，通过电离层闪烁事件自动识别算法检测UHF频段电离层闪烁事件的存在与否：步骤3，计算UHF频段电离层闪烁事件起始的日落后时间，以及累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长：步骤4，利用未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长预测模式，获得未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测数据。本发明所公开的预测方法，可有效解决一个UHF频段电离层闪烁事件未来持续发生多长时间的预测问题。

Description

一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的 预测方法

技术领域

本发明属于卫星通信和雷达领域，特别涉及该领域中的一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法。

背景技术

在电离层正常的电子密度背景上漂浮着密度不等、尺度不等的电离体，称为电离层不均匀体。当卫星信号在电离层不均匀体中传播时，会引起传播路径和传播时间的改变，使得信号的振幅、相位以及到达角发生快速起伏变化，导致信号衰落、频移等，被称为电离层闪烁。电离层闪烁效应会直接影响卫星通信、雷达和测控等电子信息系统的误码率、通信质量、定位精度、作用距离等性能指标，电离层闪烁甚至会导致UHF频段卫星通信中断，P频段SAR雷达无法成像、P频段远程相控阵雷达的目标定位精度下降等不良影响，因此通过监测、建模、告警与预报预警等空间天气保障工作，可减缓电离层闪烁对UHF频段卫星通信和P频段远程目标监视雷达系统等电子信息系统的不利影响，具有重要应用价值。

UHF频段电离层闪烁事件预警信息是提前应对电离层闪烁不利影响的重要依据，因此，未来半小时内UHF频段电离层闪烁事件发生时长的有效预警信息将极大提升UHF频段卫星通信和P频段远程目标监视雷达系统等对电离层闪烁事件的应对能力。

在现有技术中，尚未发现UHF频段电离层闪烁事件发生时长相关的学术论文或者专利。类似技术中，美国军方研发了一个UHF频段卫星通信电离层闪烁异常短期预报模型，该模型通过全球中低纬地区部署的UHF频段电离层闪烁观测站的实时数据驱动，利用观测到的电离层闪烁发生区域，综合电离层闪烁漂移运动规律，可提前1—3个小时预报观测区域以东的其它地区电离层闪烁发生情况，该模式不含观测站上空未来半小时内UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题就是提供一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法，可有效解决一个UHF频段电离层闪烁事件连续发生多长时间的预测问题，可用于UHF频段卫星通信和P频段远程目标监视雷达系统低纬地区电离层闪烁影响的预报预警。

本发明采用如下技术方案：

一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法，其改进之处在于，包括如下步骤：

步骤1，在地磁纬度9度至12度之间的低纬地区的单站部署一台UHF频段电离层闪烁监测仪，持续监测静轨通信卫星UHF频段信号的电离层闪烁指数S4数据；

步骤2，通过电离层闪烁事件自动识别算法检测UHF频段电离层闪烁事件的存在与否：

以30分钟的S4观测数据为UHF频段电离层闪烁事件自动识别单元，如果连续15分钟的S4≥0.2，则判定为存在一个UHF频段电离层闪烁事件，标记UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的北京时间t_bjeb，单位为小时；

步骤3，计算UHF频段电离层闪烁事件起始的日落后时间，以及累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长：

步骤31，针对当前时刻还在发生的UHF频段电离层闪烁事件，计算UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的日落后时间t_eb，即UHF频段电离层闪烁事件起始时刻相对于本地电离层F层日落后的时间，单位为分钟，具体计算公式如下：

t_eb＝(t_bjeb-t_bjsunset)*60

式中，t_bjeb为UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的北京时间，单位为小时；t_bjsunset为本地电离层F层日落的北京时间，即本地电离层F层处太阳天顶角为107°时的北京时间，单位为小时，t_bjsunset默认值为19.50；

步骤32，计算累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L，单位为分钟，具体计算公式如下：

d_L＝t_e-t_eb

式中，t_e为当前时刻相对于本地电离层F层日落后的时间，单位为分钟；

步骤4，利用未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长预测模式，获得未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测数据：

步骤41，如果累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L≥30，即UHF频段电离层闪烁事件发生时长超过30分钟时，未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法如下：

计算输入向量x_d＝(30，60，90，120，......，720)中每一个元素对应的目标值y_i，i＝1，2，......，24，形成目标值向量y_b＝(y₁，y₂，y₃，......，y₂₄)，具体计算公式为：

y_b＝0.9981*x_d+30.96

依据UHF频段电离层闪烁事件起始的日落后时间t_eb，预测该事件可能的发生时长d_pa＝(d₁，d₂，d₃，......，d₂₄)，预测公式为：

d_pa＝-0.98*t_eb+y_b

从UHF频段电离层闪烁事件可能时长d_pa＝(d₁，d₂，d₃，......，d₂₄)中搜索一个区间(d_i，d_i+1)，使得d_i≤d_L≤d_i+1，则未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_hp计算公式为：

d_hp＝d_i+1-d_L

其中d_hp单位为分钟；

步骤42，如果累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L＜30，则未来半小时内UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_hp预测结果为0。

进一步的，在步骤31中，本地电离层F层高度为350千米。

本发明的有益效果是：

本发明公开了一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法，其作为UHF频段电离层闪烁短临预警的核心技术，可有效解决一个UHF频段电离层闪烁事件未来持续发生多长时间的预测问题，是解决UHF频段卫星通信和P频段远程目标监视雷达等系统电离层闪烁事件短临预警应对措施的技术基础，具有非常重要的应用价值。

附图说明

图1是本发明实施例1所公开预测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法，包括如下步骤：

步骤1，在地磁纬度9度至12度之间的低纬地区的单站部署一台UHF频段电离层闪烁监测仪，持续监测静轨通信卫星UHF频段信号的电离层闪烁指数S4数据；例如可在低纬地区的海口站(地理坐标20.0°N，110.3°E；地磁纬度10.1°N)部署UHF频段电离层闪烁监测仪，观测静轨通信卫星UHF频段信号的电离层闪烁指数S4数据。

步骤2，通过电离层闪烁事件自动识别算法检测UHF频段电离层闪烁事件的存在与否：

以30分钟的S4观测数据为UHF频段电离层闪烁事件自动识别单元，如果连续15分钟的S4≥0.2，则判定为存在一个UHF频段电离层闪烁事件，标记UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的北京时间t_bjeb，单位为小时；

步骤3，计算UHF频段电离层闪烁事件起始的日落后时间，以及累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长：

步骤31，针对当前时刻还在发生的UHF频段电离层闪烁事件，计算UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的日落后时间t_eb，即UHF频段电离层闪烁事件起始时刻相对于本地电离层F层日落后的时间，单位为分钟，具体计算公式如下：

t_eb＝(t_bjeb-t_bjsunset)*60

式中，t_bjeb为UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的北京时间，单位为小时；t_bjsunset为本地电离层F层(350千米高度)日落的北京时间，即本地电离层F层处太阳天顶角为107°时的北京时间，单位为小时，t_bjsunset默认值为19.50；

步骤32，计算累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L，单位为分钟，具体计算公式如下：

d_L＝t_e-t_eb

式中，t_e为当前时刻相对于本地电离层F层日落后的时间，单位为分钟；

步骤4，利用未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长预测模式，获得未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测数据：

步骤41，如果累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L≥30，即UHF频段电离层闪烁事件发生时长超过30分钟时，未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法如下：

计算输入向量x_d＝(30，60，90，120，......，720)中每一个元素对应的目标值y_i，i＝1，2，......，24，形成目标值向量y_b＝(y₁，y₂，y₃，......，y₂₄)，具体计算公式为：

y_b＝0.9981*x_d+30.96

依据UHF频段电离层闪烁事件起始的日落后时间t_eb，预测该事件可能的发生时长d_pa＝(d₁，d₂，d₃，......，d₂₄)，预测公式为：

d_pa＝-0.98*t_eb+y_b

从UHF频段电离层闪烁事件可能时长d_pa＝(d₁，d₂，d₃，......，d₂₄)中搜索一个区间(d_i，d_i+1)，使得d_i≤d_L≤d_i+1，则未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_hp计算公式为：

d_hp＝d_i+1-d_L

其中d_hp单位为分钟；

步骤42，如果累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L＜30，则未来半小时内UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_hp预测结果为0。

综上所述，本实施例提供了一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法，作为UHF频段电离层闪烁短临预警的核心技术，可有效解决一个UHF频段电离层闪烁事件未来连续发生多长时间的预测问题，是解决UHF频段卫星通信和P频段远程目标监视雷达等系统电离层闪烁事件短临预警应对措施的技术基础，预测结果可有效提醒用户未来30分钟内电离层闪烁事件对各系统的可能影响时长，具有非常重要的应用价值。

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 (2)

1.一种未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1，在地磁纬度9度至12度之间的低纬地区的单站部署一台UHF频段电离层闪烁监测仪，持续监测静轨通信卫星UHF频段信号的电离层闪烁指数S4数据；

步骤2，通过电离层闪烁事件自动识别算法检测UHF频段电离层闪烁事件的存在与否：

以30分钟的S4观测数据为UHF频段电离层闪烁事件自动识别单元，如果连续15分钟的S4≥0.2，则判定为存在一个UHF频段电离层闪烁事件，标记UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的北京时间t_bjeb，单位为小时；

步骤3，计算UHF频段电离层闪烁事件起始的日落后时间，以及累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长：

步骤31，针对当前时刻还在发生的UHF频段电离层闪烁事件，计算UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的日落后时间t_eb，即UHF频段电离层闪烁事件起始时刻相对于本地电离层F层日落后的时间，单位为分钟，具体计算公式如下：

t_eb＝(t_bjeb-t_bjsunset)*60

式中，t_bjeb为UHF频段电离层闪烁事件起始时刻的北京时间，单位为小时；t_bjsunset为本地电离层F层日落的北京时间，即本地电离层F层处太阳天顶角为107°时的北京时间，单位为小时，t_bjsunset默认值为19.50；

步骤32，计算累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L，单位为分钟，具体计算公式如下：

d_L＝t_e-t_eb

式中，t_e为当前时刻相对于本地电离层F层日落后的时间，单位为分钟；

步骤4，利用未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长预测模式，获得未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测数据：

步骤41，如果累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L≥30，即UHF频段电离层闪烁事件发生时长超过30分钟时，未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法如下：

计算输入向量x_d＝(30,60,90,120,......,720)中每一个元素对应的目标值y_i，i＝1,2,......,24，形成目标值向量y_b＝(y₁,y₂,y₃,......,y₂₄)，具体计算公式为：

y_b＝0.9981*x_d+30.96

依据UHF频段电离层闪烁事件起始的日落后时间t_eb，预测该事件可能的发生时长d_pa＝(d₁,d₂,d₃,......,d₂₄)，预测公式为：

d_pa＝-0.98*t_eb+y_b

从UHF频段电离层闪烁事件可能时长d_pa＝(d₁,d₂,d₃,......,d₂₄)中搜索一个区间(d_i,d_i+1)，使得d_i≤d_L≤d_i+1，则未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_hp计算公式为：

d_hp＝d_i+1-d_L

其中d_hp单位为分钟；

步骤42，如果累积的UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_L＜30，则未来半小时内UHF频段电离层闪烁事件发生时长d_hp预测结果为0。

2.根据权利要求1所述未来半小时内单站UHF频段电离层闪烁事件发生时长的预测方法，其特征在于：在步骤31中，本地电离层F层高度为350千米。

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