[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

摘要

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。

主权项

一种基于卡尔曼滤波台风过程电离层异常探测方法，其特征在于：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：$\left|{\mathrm{\ϵ}}_k\left(i\right)\right|\≤c\sqrt{H_k{P}_{k/k-1}{H}_k^{\′}+{\mathrm{\σ}}_k^2\left(i\right)}---\left(1\right)$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：${\mathrm{DI}}_k=\frac{L_k-{\hat{X}}_{k/k-1}}{L_k}---\left(2\right)$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。