基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的電離層頻高圖F層自動度量.pdf

1、電離層物理學是以實驗觀測為基礎的科學，在電離層的觀測研究中，實驗觀測設備的研發(fā)和使用占據(jù)著十分重要的地位。電離層數(shù)字測高儀是一種常用的在地面利用無線電掃頻方式進行電離層探測的常規(guī)設備，在對電離層長期不間斷的觀測中，測高儀積累了大量的觀測數(shù)據(jù)-頻高圖，通過對頻高圖的度量和反演可以得到電離層的各種特征參數(shù)以及電子密度剖面以實現(xiàn)對電離層的監(jiān)測、研究和預報。傳統(tǒng)的頻高圖度量都是采用手工模式，工作量很大，費時費力，因此以計算機程序為核心的自動度量

2、勢在必行。本文提出一種基于BP(Back Propagation)神經(jīng)網(wǎng)絡的頻高圖F層自動度量方法，通過將該方法應用于本實驗室新研制的數(shù)字測高儀PDI(Portable Digital Ionosonde)所探測的頻高圖自動度量中獲得了初步結果。
　　首先，系統(tǒng)地介紹了電離層以及電離層探測的基礎知識、無線電測量原理、觀測設備以及觀測模式，其中重點介紹了常規(guī)的地面無線電探測方法-電離層數(shù)字測高儀，并說明了電離層數(shù)字測高儀的觀測數(shù)據(jù)-

3、頻高圖所包含的內容和含義，引出自動度量在電離層觀測研究中的重要作用，綜述了國內外現(xiàn)有的各種自動度量方法，包括ARTIST方法、約束外推法、模糊幾何法、輪廓擬合法、EOF方法等，并介紹了各自的優(yōu)勢、場合以及存在的局限性，進而提出了基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡的自動度量方法。
　　其次，詳細地介紹了BP神經(jīng)網(wǎng)絡算法以及自適應訓練擬合技術，并采用該技術實現(xiàn)電離層頻高圖F層自動度量的新方法。該方法首先在電離層頻高圖中每個頻率上根據(jù)接收信號的信噪比計算

4、出噪聲平均功率，并將噪聲平均功率值作為局部閾值去除該頻率上信號功率低于閾值的噪聲信號，進而根據(jù)多次回波和回波泄漏的波形特征并以O波和X波的回波幅度為參照去除多次回波和回波泄漏；采用A45方法將頻高圖的一次測量數(shù)據(jù)轉換成單元點以實現(xiàn)后期復雜的BP神經(jīng)網(wǎng)絡擬合處理的預處理；將預處理后的單元點坐標值進行歸一化處理，采用 BP神經(jīng)網(wǎng)絡的自適應訓練擬合單元點坐標值獲取O波和X波F層描跡；根據(jù)描跡斜率變化尋找F1和F2層的分界點并判讀參數(shù)h’F1、

5、foF1和h’F2，采用雙曲線擬合技術補償F2層臨界頻率區(qū)域丟失信號并完成foF2參數(shù)判讀，最終實現(xiàn)F層電離層特征參數(shù)的自動度量。
　　最后，將實現(xiàn)的自動度量方法應用于本實驗室自主研發(fā)的電離層數(shù)字測高儀長期觀測所測量數(shù)字頻高圖的自動度量中，獲得了初步的觀測度量結果。統(tǒng)計了F2層參數(shù)自動度量結果的可接受率并且分析了其中少量自動度量失效的原因，結果顯示自動度量的foF2和h’F2可接受率分別達到81％和78%，表明該方法具有較好的可靠