[发明专利]一种基于卡尔曼滤波台风过程电离层异常探测方法

说明书

本发明公开了一种基于卡尔曼滤波台风过程电离层异常探测方法，在台风期间电离层TEC呈现显著异常，通过卡尔曼滤波这一特殊方法可以有效的来探测台风期间电离层的异常情况；所述卡尔曼滤波是用状态空间法来描述系统状态，用前一个状态的估计值和最近的一个观测数据来估计状态变量的当前值，并以状态变量的估计值的形式给出；然后进行卡尔曼滤波逐步递推，通过递推值和观测值可利用预报残差统计量法和电离层扰动指数法对k时刻的电离层TEC观测值进行异常判别。通过研究发现，卡尔曼滤波法探测精度较高且基本不受电离层背景值时间窗口长度的影响。

技术领域

本发明涉及一种电离层异常探测方法，特别是涉及一种基于卡尔曼滤波台风过程电离层异常探测方法。

背景技术

台风是全球发生频率高、影响严重的一种自然灾害，是当今全球人类面临的重大自然灾害。台风(泛指热带气旋,包括热带低压、热带风暴、强热带风暴、台风、强台风和超强台风，下同)因其灾害的严重性,而倍受人们的关注。全球每年约发生80次破坏力极强的台风，每年造成约1.5-2万人死亡，60-70亿美元经济损失。显然,台风来临的预估，对于提高防台减灾策略的针对性和效率具有重要意义。台风领域的科学家大都采用GM(1，1)和IRI电离层模型法来检验电离层TEC情况对台风的情况进行预报，以减轻台风的发生带来的损失。但是从目前的研究成果过来看，对于台风发生及其过程的研究并不能很好的预测台风路径及其过程。

通过研究发现，台风过程会引起大气中电离层TEC的异常，而电离层的异常具有复杂性和不确定性，选择何种方法成为准确描述台风过程的关键。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术的不足，提供一种基于卡尔曼滤波台风过程电离层异常探测方法，采用卡尔曼滤波技术对台风过程电离层的异常进行探测，经过实验研究，试验结果达到预期效果，为研究台风预报提供一种新的计算方法。

本发明采用的技术方案是：一种基于卡尔曼滤波台风过程电离层异常探测方法，所述台风过程电离层异常运用卡尔曼滤波法通过预报残差统计量法和电离层扰动指数法对电离层的异常进行探测；

所述通过预报残差统计量法判断电离层异常的方法为：

式中，c为单位正态随机量的分位数，根据显著性水平α来确定，实际应用中取3或4；H_k为k时刻观测矩阵；P_k/k-1为状态协方差阵预报值；为k时刻观测噪声第i个分量的方差；如果式(1)成立，则判断L_k(i)是正常的，否则为异常，其异常值为ε_k；

所述电离层扰动指数法的计算方法包括：

式中，L_k为K时刻的测量值；为状态预报值；若DI_l＜DI_k＜DI_u，则表明电离层未发生扰动，否则相反，其中DI_l、DI_u将由历史数据采用数理统计方法确定其经验值。

作为优选，所述卡尔曼滤波由状态方程和观测方程组成，其离散形式分别为：

X_k＝AX_k-1+BU_k-1+W_k-1 (3)

L_k-1＝H_k-1X_k-1+V_k-1 (4)