检测电离层测高仪foF2扰动的方法、相关设备与流程

检测电离层测高仪fof2扰动的方法、相关设备
技术领域
1.本技术涉及空间环境监测技术领域，具体涉及一种检测电离层测高仪fof2扰动的方法、相关设备。


背景技术：

2.电离层是一个时变、色散、各向异性和非均匀的介质,对电离层特别是对f2层的研究对短波通信、探测和电子对抗都具有很重要的意义。大量研究表明，电离层fof2在地震前后一段时间内会出现异常的增大或减小，在孕震区上空附近表现出来，可视为地震引起的电离层效应。因此，对电离层测高仪f2层临界频率(critical frequency of ionospheric f2 layer，fof2)扰动活动的检测研究成为当前地震监测预报研究的焦点之一。考虑到一般震级地震引起的电离层fof2的变化并不明显，震级不是很大的地震引起的电离层fof2扰动信息很可能会淹没在背景正常的变化“噪声”之中。因此，在对空间电离层测高仪fof2监测时，迫切需要寻找一种能有效的检测电离层测高仪fof2是否出现扰动变化的方法。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术的目的在于克服现有技术中在检测电离层测高仪fof2是否出现扰动变化时，检测灵敏度不足的技术问题，提供一种检测电离层测高仪fof2扰动的方法、相关设备。
4.为实现以上目的，本技术采用如下技术方案：
5.本技术的第一方面提供一种检测电离层测高仪fof2扰动的方法，包括：
6.获取电离层测高仪检测到的fof2观测值；
7.对所述fof2观测值进行滤波处理，得到fof2平滑值；
8.计算所述fof2观测值和所述fof2平滑值的差值，得到fof2残差时间序列；
9.基于2倍标准差法对所述fof2残差时间序列进行扰动检测，得到fof2扰动的时间序列。
10.可选的，所述对所述fof2观测值进行滤波处理，得到fof2平滑值，包括：
11.基于savitzky
‑
golay滤波对所述fof2观测值进行平滑，得到所述fof2平滑值。
12.可选的，所述fof2平滑值的计算公式为：
[0013][0014]
式中，为fof2观测值fof2(t)的平滑值，t为当前历元，m和k分别为滤波窗口前后的历元个数，滤波窗口的长度为(m+k
‑
1)，a
i
为滤波系数，与fof2(t)满足拟合误差的平方和最小。
[0015]
可选的，所述基于2倍标准差法对所述fof2残差时间序列进行扰动检测，得到fof2扰动的时间序列，包括：
[0016]
计算所述fof2残差时间序列的均值和标准差；
[0017]
根据所述均值和所述标准差，确定扰动检测的上限值和下限值；
[0018]
利用所述上限值和所述下限值，确定所述fof2扰动的时间序列。
[0019]
可选的，所述利用所述上限值和所述下限值，确定所述fof2扰动的时间序列，包括：
[0020]
将所述fof2残差时间序列与所述上限值和所述下限值进行比对，确定所述fof2残差时间序列中超出所述上限值和超出所述下限值的部分为所述fof2扰动的时间序列。
[0021]
可选的，所述上限值的计算公式包括：
[0022][0023]
所述下限值的计算公式包括：
[0024][0025]
式中，ua为所述上限值，ub为所述下限值，为所述fof2残差时间序列的均值，σ为所述fof2残差时间序列的标准差。
[0026]
可选的，所述得到fof2扰动的时间序列之后，所述方法还包括：
[0027]
根据所述fof2扰动的时间序列进行绘图，得到绘图结果。
[0028]
本技术的第二方面提供一种检测电离层测高仪fof2扰动的装置，包括：
[0029]
获取模块，用于获取电离层测高仪检测到的fof2观测值；
[0030]
滤波模块，用于对所述fof2观测值进行滤波处理，得到fof2平滑值；
[0031]
计算模块，用于计算所述fof2观测值和所述fof2平滑值的差值，得到fof2残差时间序列；
[0032]
检测模块，用于基于2倍标准差法对所述fof2残差时间序列进行扰动检测，得到fof2扰动的时间序列。
[0033]
本技术的第三方面提供一种检测电离层测高仪fof2扰动的设备，包括：
[0034]
处理器，以及与所述处理器相连接的存储器；
[0035]
所述存储器用于存储计算机程序；
[0036]
所述处理器用于调用并执行所述存储器中的所述计算机程序，以执行如本技术的第一方面所述的方法。
[0037]
本技术的第四方面提供一种存储介质，所述存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如本技术的第一方面所述的检测电离层测高仪fof2扰动的方法的各个步骤。
[0038]
本技术提供的技术方案可以包括以下有益效果：
[0039]
本技术的方案中，在获取电离层测高仪检测到的fof2观测值后，可以采用滤波的方式对获取到的fof2观测值进行处理，以得到fof2平滑值。在确定了fof2平滑值后，可以计算fof2观测值与fof2平滑值的差值，得到fof2残差时间序列。继而基于2倍标准差法对fof2残差时间序列进行扰动检测，从而得到fof2扰动的时间序列。如此，采用滤波的方式对fof2观测值进行处理，可以从源头上滤除fof2所具有的时间周期性和波动性，提高了检测结果的可靠性和检测的灵敏度，并且，实现方式简单，可操作性强，具有显著的科研和使用价值。
附图说明
[0040]
为了更清楚地说明本技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0041]
图1是本技术一个实施例提供的一种检测电离层测高仪fof2扰动的方法的流程图。
[0042]
图2是本技术另一个实施例提供的一种检测电离层测高仪fof2扰动的装置的结构示意图。
[0043]
图3是本技术另一个实施例提供的一种检测电离层测高仪fof2扰动的设备的结构示意图。
具体实施方式
[0044]
为使本技术的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本技术的技术方案进行详细的描述。显然，所描述的实施例仅仅是本技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施方式，都属于本技术所保护的范围。
[0045]
参见图1是本技术一个实施例提供的一种检测电离层测高仪fof2扰动的方法的流程图。本技术的实施例提供一种检测电离层测高仪fof2扰动的方法，如图所示，该方法至少可以包括如下实施步骤：
[0046]
步骤11、获取电离层测高仪检测到的fof2观测值。
[0047]
步骤12、对fof2观测值进行滤波处理，得到fof2平滑值。
[0048]
步骤13、计算fof2观测值和fof2平滑值的差值，得到fof2残差时间序列。
[0049]
步骤14、基于2倍标准差法对fof2残差时间序列进行扰动检测，得到fof2扰动的时间序列。
[0050]
本实施例中，在获取电离层测高仪检测到的fof2观测值后，可以采用滤波的方式对获取到的fof2观测值进行处理，以得到fof2平滑值。在确定了fof2平滑值后，可以计算fof2观测值与fof2平滑值的差值，得到fof2残差时间序列。继而基于2倍标准差法对fof2残差时间序列进行扰动检测，从而得到fof2扰动的时间序列。如此，采用滤波的方式对fof2观测值进行处理，可以从源头上滤除fof2所具有的时间周期性和波动性，提高了检测结果的可靠性和检测的灵敏度，并且，实现方式简单，可操作性强，具有显著的科研和使用价值。
[0051]
本技术的方案的执行主体可以是智能设备，也可以是智能设备中基于软件或者硬件的功能模块，还可以是其他的设备，等等。
[0052]
实施时，可以选用虾拉沱测高仪观测到的fof2的时间序列fof2(t)作为fof2(t)观测值，其中，t＝1～n，1～n为一组时间序列，n为大于1的历元。
[0053]
具体的，n的取值可以根据实际需求进行设置，此处不作限定。
[0054]
在获取到fof2观测值后，需要对fof2观测值进行滤波处理，实施时，为了更好地滤去fof2本身所具有的时间周期性和波动性，可以基于savitzky
‑
golay滤波对fof2观测值
fof2(t)进行平滑，以得到fof2平滑值
[0055]
其中，fof2平滑值的计算公式为：
[0056][0057]
式中，为fof2观测值fof2(t)的平滑值，t为当前历元，m和k分别为滤波窗口前后的历元个数，滤波窗口的长度为(m+k
‑
1)，a
i
为滤波系数，与fof2(t)满足拟合误差的平方和最小。实施时，根据经验总结，滤波窗口的长度可以优选为9。
[0058]
其中，与fof2(t)拟合误差的平方和e可以表示为：
[0059][0060][0061]
实际应用中，滤波窗口的长度不同，滤波效果也会不同。具体的，滤波窗口的长度可以根据实际需求进行设定，此处不作限定。
[0062]
在得到fof2平滑值后，对fof2观测值fof2(t)和fof2平滑值做差，可以得到fof2残差时间序列δfof2(t)，δfof2(t)的表达式为：
[0063][0064]
在得到fof2残差时间序列δfof2(t)后，可以基于2倍标准差法对fof2残差时间序列δfof2(t)进行扰动检测，得到fof2扰动的时间序列。
[0065]
具体实施时，可以计算fof2残差时间序列的均值和标准差；根据均值和标准差，确定扰动检测的上限值和下限值；利用上限值和下限值，确定fof2扰动的时间序列。
[0066]
其中，在检测电离层测高仪fof2扰动的方法中，利用上限值和下限值，确定fof2扰动的时间序列，具体可以包括：将fof2残差时间序列与上限值和下限值进行比对，确定fof2残差时间序列中超出上限值和超出下限值的部分为fof2扰动的时间序列。
[0067]
实施时，上限值的计算公式包括：
[0068][0069]
下限值的计算公式包括：
[0070][0071]
式(5)和式(6)中，ua为上限值，ub为下限值，为fof2残差时间序列的均值，σ为fof2残差时间序列的标准差。
[0072]
为了让通过检测电离层测高仪fof2扰动的方法得到的检测结果更加直观，一些实施例中，检测电离层测高仪fof2扰动的方法还可以包括：根据fof2扰动的时间序列进行绘图，得到绘图结果。如此，通过绘图的方式，可以将fof2扰动的时间序列呈现出来，用户可以更加直接地查看到观测时间内是否出现了扰动，以及，扰动出现的时间。
[0073]
基于相同的技术构思，本实施例还提供一种检测电离层测高仪fof2扰动的装置，
如图2所示，该装置具体可以包括：获取模块201，用于获取电离层测高仪检测到的fof2观测值；滤波模块202，用于对fof2观测值进行滤波处理，得到fof2平滑值；计算模块203，用于计算fof2观测值和fof2平滑值的差值，得到fof2残差时间序列；检测模块204，用于基于2倍标准差法对fof2残差时间序列进行扰动检测，得到fof2扰动的时间序列。
[0074]
可选的，在对fof2观测值进行滤波处理，得到fof2平滑值时，滤波模块202，具体可以用于：基于savitzky
‑
golay滤波对fof2观测值进行平滑，得到fof2平滑值。
[0075]
其中，fof2平滑值的计算公式如上述公式(1)所示。
[0076]
可选的，在基于2倍标准差法对fof2残差时间序列进行扰动检测，得到fof2扰动的时间序列时，检测模块204，可以用于：计算fof2残差时间序列的均值和标准差；根据均值和标准差，确定扰动检测的上限值和下限值；利用上限值和下限值，确定fof2扰动的时间序列。
[0077]
可选的，在利用上限值和下限值，确定fof2扰动的时间序列时，检测模块204，具体可以用于：将fof2残差时间序列与上限值和下限值进行比对，确定fof2残差时间序列中超出上限值和超出下限值的部分为fof2扰动的时间序列。
[0078]
其中，上限值的计算公式如上述公式(5)所示，下限值的计算公式如上述公式(6)所示。
[0079]
可选的，检测电离层测高仪fof2扰动的装置还可以包括绘图模块，绘图模块用于：根据fof2扰动的时间序列进行绘图，得到绘图结果。
[0080]
本技术实施例提供的检测电离层测高仪fof2扰动的装置的具体实施方案可以参考以上任意例的检测电离层测高仪fof2扰动的方法的实施方式，此处不再赘述。
[0081]
本实施例还提供一种检测电离层测高仪fof2扰动的设备，如图3所示，该设备具体可以包括：处理器301，以及与处理器301相连接的存储器302；存储器302用于存储计算机程序；处理器301用于调用并执行存储器302中的计算机程序，以执行如以上任意实施例所述的检测电离层测高仪fof2扰动的方法。
[0082]
本技术实施例提供的检测电离层测高仪fof2扰动的设备的具体实施方案可以参考以上任意例的检测电离层测高仪fof2扰动的方法的实施方式，此处不再赘述。
[0083]
本实施例提供一种存储介质，存储介质存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时，实现如以上任意实施例所述的检测电离层测高仪fof2扰动的方法的各个步骤。
[0084]
可以理解的是，上述各实施例中相同或相似部分可以相互参考，在一些实施例中未详细说明的内容可以参见其他实施例中相同或相似的内容。
[0085]
需要说明的是，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本技术的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是指至少两个。
[0086]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现特定逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0087]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述
实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0088]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
[0089]
此外，在本技术各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
[0090]
上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。
[0091]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
[0092]
尽管上面已经示出和描述了本技术的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本技术的限制，本领域的普通技术人员在本技术的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。