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基于SuperDARN雷达网的电离层参数反演
1
作者
袁立欣
刘二小
+2 位作者
刘建军
刘俊良
王子磊
《地球物理学报》
北大核心
2025年第7期2445-2456,共12页
电离层F_(2)层对电磁波的反射起重要作用,而F_(2)层的临界频率(f_(o)F_(2))是电离层关键参数之一,对电波传播有着极其重要的影响,一直都是研究的重点.SuperDARN雷达回波中含有多种目标回波,如电离层不规则体回波、地面海面散射回波以及...
电离层F_(2)层对电磁波的反射起重要作用,而F_(2)层的临界频率(f_(o)F_(2))是电离层关键参数之一,对电波传播有着极其重要的影响,一直都是研究的重点.SuperDARN雷达回波中含有多种目标回波,如电离层不规则体回波、地面海面散射回波以及极区中层目标回波等,基于这些目标回波来反演电离层关键参数是一种新的思路.相对于传统电离层探测手段,SuperDARN雷达具有极区覆盖范围广、持续探测时间长等优点.本文基于SuperDARN网络中的Hankasalmi雷达,利用扫频工作模式下2001年到2011年50天的地面海面散射回波数据,设计了从雷达回波信噪比—距离模型中提取不同频率下最小跳距的算法,利用最小二乘拟合方法构建了距离和频率的解析表达式.根据电波传播基本原理,分别利用仰角数据和虚高模型提出了临界频率和最大可用频率(Maximum Usable Frequency,MUF)反演算法.结果表明,利用仰角数据和虚高模型反演得到的临界频率与地基测高仪数据对比,均方根误差(RMSE)分别为0.79 MHz和0.84 MHz,相对误差(RE)分别为7.19%和7.86%,相关系数分别为0.88和0.87,研究进一步证明了利用SuperDARN雷达来反演电离层参数的可行性,极大地扩充了SuperDARN雷达网的应用范围,也为极区电离层的全域探测提供了新的技术手段.
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关键词
超级双子极光雷达网
电离层参数
极区电离层
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职称材料
基于深度学习的SuperDARN雷达极区电离层对流电势模型构建及预测
被引量：
3
2
作者
邓天云
刘二小
徐晨
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期819-829,共11页
电离层等离子体对流是表征电离层电动力学的重要现象,对空间天气有着重要的指示作用.SuperDARN雷达网是研究中高纬电离层对流的重要手段,也是获得对流电势数据的重要来源.本文基于SuperDARN雷达12月份的对流电势数据,采用BP模型、FC-LST...
电离层等离子体对流是表征电离层电动力学的重要现象,对空间天气有着重要的指示作用.SuperDARN雷达网是研究中高纬电离层对流的重要手段,也是获得对流电势数据的重要来源.本文基于SuperDARN雷达12月份的对流电势数据,采用BP模型、FC-LSTM模型以及ED-ConvLSTM时空序列模型构建了高纬电离层等离子体对流电势30min预测模型,然后采用独立的数据集,基于预测值与实测值的结构相似度(SSIM)、均方根误差(RMSE)以及线性相关系数(LC)三个统计指标对模型的性能进行了评估,同时分析对比了三种模型预测的越极盖电势(CPCP)和越极盖电场(CPEF)与实测值的统计分布情况.结果表明,BP模型和FC-LSTM模型由于没有充分挖掘到空间上的信息,因此整体误差较大,前者SSIM、LC以及RMSE分别为0.80、0.89、4.38 kV,后者为0.76、0.86、4.96 kV,而ED-ConvLSTM模型则分别为0.83、0.91、3.96 kV,因其能充分捕捉到空间上的信息,三个指标明显优于前两种模型,同时在CPCP分布和CPEF分布的相似度上,ED-ConvLSTM模型性能也表现得最好.本文结果证明了时空序列模型ED-ConvLSTM在对流电势预测上的有效性.
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关键词
深度学习
时空序列模型
超级双子极光雷达网
电离层对流电势
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职称材料
题名
基于SuperDARN雷达网的电离层参数反演
1
作者
袁立欣
刘二小
刘建军
刘俊良
王子磊
机构
杭州电子科技大学通信工程学院
中国极地研究中心
出处
《地球物理学报》
北大核心
2025年第7期2445-2456,共12页
基金
国家重点研发计划(2018YFC1407300,2018YFC1407304)
国家自然科学基金(41704154,41431072,41674169)资助。
文摘
电离层F_(2)层对电磁波的反射起重要作用,而F_(2)层的临界频率(f_(o)F_(2))是电离层关键参数之一,对电波传播有着极其重要的影响,一直都是研究的重点.SuperDARN雷达回波中含有多种目标回波,如电离层不规则体回波、地面海面散射回波以及极区中层目标回波等,基于这些目标回波来反演电离层关键参数是一种新的思路.相对于传统电离层探测手段,SuperDARN雷达具有极区覆盖范围广、持续探测时间长等优点.本文基于SuperDARN网络中的Hankasalmi雷达,利用扫频工作模式下2001年到2011年50天的地面海面散射回波数据,设计了从雷达回波信噪比—距离模型中提取不同频率下最小跳距的算法,利用最小二乘拟合方法构建了距离和频率的解析表达式.根据电波传播基本原理,分别利用仰角数据和虚高模型提出了临界频率和最大可用频率(Maximum Usable Frequency,MUF)反演算法.结果表明,利用仰角数据和虚高模型反演得到的临界频率与地基测高仪数据对比,均方根误差(RMSE)分别为0.79 MHz和0.84 MHz,相对误差(RE)分别为7.19%和7.86%,相关系数分别为0.88和0.87,研究进一步证明了利用SuperDARN雷达来反演电离层参数的可行性,极大地扩充了SuperDARN雷达网的应用范围,也为极区电离层的全域探测提供了新的技术手段.
关键词
超级双子极光雷达网
电离层参数
极区电离层
Keywords
Super dual auroral radar network
Ionospheric parameters
The polar ionosphere
分类号
P352 [天文地球—空间物理学]
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职称材料
题名
基于深度学习的SuperDARN雷达极区电离层对流电势模型构建及预测
被引量：
3
2
作者
邓天云
刘二小
徐晨
机构
杭州电子科技大学通信工程学院
出处
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022年第3期819-829,共11页
基金
国家重点研发计划(2018YFC1407300,2018YFC1407304)
国家自然科学基金(41704154,41431072,41674169)资助。
文摘
电离层等离子体对流是表征电离层电动力学的重要现象,对空间天气有着重要的指示作用.SuperDARN雷达网是研究中高纬电离层对流的重要手段,也是获得对流电势数据的重要来源.本文基于SuperDARN雷达12月份的对流电势数据,采用BP模型、FC-LSTM模型以及ED-ConvLSTM时空序列模型构建了高纬电离层等离子体对流电势30min预测模型,然后采用独立的数据集,基于预测值与实测值的结构相似度(SSIM)、均方根误差(RMSE)以及线性相关系数(LC)三个统计指标对模型的性能进行了评估,同时分析对比了三种模型预测的越极盖电势(CPCP)和越极盖电场(CPEF)与实测值的统计分布情况.结果表明,BP模型和FC-LSTM模型由于没有充分挖掘到空间上的信息,因此整体误差较大,前者SSIM、LC以及RMSE分别为0.80、0.89、4.38 kV,后者为0.76、0.86、4.96 kV,而ED-ConvLSTM模型则分别为0.83、0.91、3.96 kV,因其能充分捕捉到空间上的信息,三个指标明显优于前两种模型,同时在CPCP分布和CPEF分布的相似度上,ED-ConvLSTM模型性能也表现得最好.本文结果证明了时空序列模型ED-ConvLSTM在对流电势预测上的有效性.
关键词
深度学习
时空序列模型
超级双子极光雷达网
电离层对流电势
Keywords
Deep learning
Spatiotemporal serial model
SuperDARN
Ionospheric convection potential
分类号
P352 [天文地球—空间物理学]
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职称材料
题名
作者
出处
发文年
被引量
操作
1
基于SuperDARN雷达网的电离层参数反演
袁立欣
刘二小
刘建军
刘俊良
王子磊
《地球物理学报》
北大核心
2025
0
在线阅读
下载PDF
职称材料
2
基于深度学习的SuperDARN雷达极区电离层对流电势模型构建及预测
邓天云
刘二小
徐晨
《地球物理学报》
SCIE
EI
CAS
CSCD
北大核心
2022
3
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职称材料
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