线之间夹角（度），1；3在冬季为12. 0,在夏季为15. 0。
[0164] 中段密度值η3可以设定为高峰密度峰值η 2的固定百分比值22%。由于概率密 度函数PDF在整个自变量分布区间的积分值为1，因此，CkL低峰密度峰值n i可由中段密度 CN 105116469 A 说明干ι 10/10 页 值η 3和高峰密度峰值η 2通过反演确定，不需要建模。
[0166] 式中，Rz为太阳活动指数，Kp为地磁活动指数。
[0167] (5)中国低炜地区夜间电离层不均匀体强度CkL的概率密度分布确定。
[0168] 在确定第一个和第二个高斯函数中值μ JP μ 2，第一个和第二个高斯函数半带宽 σ JP σ 2，第一个和第二个概率密度高斯函数峰值以及中段概率密度分布值η i、112和η 3后，获得相应的电离层不均匀体强度CkL的概率密度分布PDF :
[0171] 步骤S204、计算大于电离层不均匀体强度CkL。阈值的累积概率，即为相应的电离 层闪烁指数S4阈值的发生概率。具体处理过程为：
[0172] (1)对大于电离层不均匀体强度CkL。阈值的概率密度分布函数进行积分，计算指 定电离层不均匀体强度CkL。阈值的发生概率，即为相应电离层闪烁指数S4的发生概率：
[0174] 其中，CkL。为指定电离层闪烁指数S4阈值对应的电离层不均匀体强度阈值。
[0175] 综上所述，本发明实施例提供了本发明提供了一种中国低炜地区电离层闪烁发生 概率预报方法，其可预报某频段某地区指定电离层闪烁指数S4的中长期发生概率，即出现 时间百分比，也可给出指定出现时间百分比的电离层闪烁指数S4。中国低炜地区电离层闪 烁发生概率预报方法具有非常重要的应用价值。
【主权项】
1. 一种中国低炜地区电离层闪烁发生概率预报方法，其特征在于，包括： 步骤1、用户指定发射机位置、接收机位置、时间、工作频段和电离层闪烁指数S4阈值 等参数，获得同时间的太阳活动指数Rz和地磁活动指数Kp的预报值。 步骤2、对于指定的电离层闪烁指数S4阈值，利用多相位屏理论反演相应的电离层不 均匀体强度CkL。阈值。 步骤3、依据中国低炜地区电离层不均匀体强度CkL的概率密度分布模型，预报指定地 点、时间、太阳活动指数Rz、地磁活动指数Kp等条件下的电离层不均匀体强度CkL的概率密 度分布。 步骤4、计算大于电离层不均匀体强度CkL。阈值的累积概率，即为相应的电离层闪烁指 数S4阈值的发生概率。2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体为： A、基于发射机位置、接收机位置、工作频段、电离层闪烁指数S4阈值等数据，假定电离 层不均匀体的高度距离地球表面350km，反演相应的电离层不均匀体强度CkL。阈值。具体 计算公式为： 定义波数等于k时的电离层不均匀体三维空间功率谱密度在高度上的积分为电离层 :^构勺汰踞齒.丰；先「.丨.P』.式中：v=p/2,p为二维幂律谱指数，为电离层电子密度起伏方差，k为电离层 不均匀体外尺度波数，L为电离层不均匀体厚度，r为伽马函数。 基于弱散射相位屏理论，电离层闪烁指数&与CkL的关系式为：式中，s4w表示单次散射条件下S4的表达式，Z为菲涅耳带参数，F为菲涅耳调制项，由 电离层不均匀体的形状、传播几何条件参数决定。9为传播角。式中，21和22分别为接收机和发射机到电离层不均匀体等效相位屏的垂直距离参数，a和b分别是平行和垂直于电离层不均匀体主轴的轴比率，fja，0 ;v，z)为超几何函数， 相关参数计算公式为： A" = [A，+C，+D，]/2 C"=[A，+C，-D，]/2 A' =[Acos2(<}))+Bsin(<}))cos(<}))+Csin2 (<}>)]cos2 ( 9 ) Br =[Bcos(2 <})) + (C-A)sin(2 <})) ]cos( 9 ) Cr=Asin2(<i))-Bsin(<i))cos(<i))+Csin2(<i))式中，在计算倾斜路径的S4时采用的几何坐标系统方向为：x轴为磁北，y轴为磁东，z轴指向地心。传播角9为信号传播方向与x轴之间夹角，巾为y-z平面内信号传播方向 投影与y轴之间方位角。A，B和C是多相位屏理论中归一化谱密度函数Q(q)中空间波数q 二次函数中的系数：式中，％和k2是信号传播方向矢量的y轴和z轴的分量。式中，^为地球磁平面在坐标系统中的方位角，巾B为地球磁场线相对于坐标系统中y-z平面的俯仰角（磁倾角），yB为场向排列电离层不均匀体与坐标系统中x-y平面的夹 角。 B、在多次散射条件下，S4会饱和，此时利用瑞利统计可得：综上可得，对于指定的电离层闪烁指数S4,利用多相位屏理论反演相应的电离层不均 匀体强度CkL的公式为：式中，^为等离子体回旋频率，A为无线电波长，S4要求小于1，其余参数同上。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤3具体为： A、 中国低炜地区夜间电离层不均匀体强度CkL的概率密度分布为三段双高斯函数形 式。其具体形式为：其中，PDF为电离层不均匀体强度CkL的概率密度分布，ydPy2分别为第一个和第二 个高斯函数中值，〇 2分别为第一个和第二个高斯函数半带宽，n p 112和n 3分别为 第一个和第二个概率密度高斯函数峰值，以及中段概率密度分布值。 B、 半带宽子模型 CkL低峰半带宽〇1可设定为固定值0.8,而高峰半带宽〇 2仅为太阳黑子数函数。在 Rz等于0时〇 2为1，当Rz大于等于150时〇 2为0. 7,在这区间为线性变化。C、 中值1^和y2子模型 CkL低峰中值h和高峰中值y 2仅是炜度、Rz和时间的函数。电离层驼峰区CkL中值 与Rz之间的模型为：电离层赤道区CkL中值与Rz之间的模型为：日变化函数模型为：此处，％为本地电离层F层（海拔高度350km)日落后经历的时间，tss为日落后峰值时 间1. 50和半带宽Wss为0. 80,tm为日出变化起始时刻1. 75和半带宽Wsl = 2. 0。 则一天内任意时刻的中值通过日变化函数拟合获得： X=Xday+ (xnight-xday)Xf(te) D、 基于历史数据获得的CkL炜度剖面经验模型式中，C。为赤道区CkL经验中值31.0或者赤道区中值心和y2值，C。为驼峰区CkL经 验中值35. 0或者驼峰区中值ydPy2值，A^为驼峰区中心地磁炜度12°，半带宽 E、 高峰密度峰值n2子模型 高峰密度峰值n2是四个环境自变量的因变量，其函数为：n2=nmxxf(te)xf(入）xfd) 季节变化子模型为尤中巾angle为本地地磁子午面与本地日 落线之间夹角（度），1；3在冬季为12. 0,在夏季为15. 0。 中段密度值n3可以设定为高峰密度峰值n2的固定百分比值22%。由于概率密度函 数PDF在整个自变量分布区间的积分值为1，因此，CkL低峰密度峰值1可由中段密度值 n3和高峰密度峰值n2通过反演确定，不需要建模。式中，RZ为太阳活动指数，Kp为地磁活动指数。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体为： A、对大于电离层不均匀体强度CkL。阈值的概率密度分布函数进行积分，获得电离层不 均匀体强度CkL。阈值的累积概率，即为相应的电离层闪烁指数S4阈值的发生概率：其中，CkL。为指定电离层闪烁指数S4阈值对应的电离层不均匀体强度阈值。
【专利摘要】本发明公开了一种中国低纬地区电离层闪烁发生概率预报方法，所述方法包括：基于电离层闪烁指数S4的电离层不均匀体强度CkL反演方法，随太阳活动指数Rz、地磁活动指数Kp、地理位置、季节和时间变化的中国低纬地区电离层不均匀体强度CkL的概率密度分布模型和电离层闪烁发生概率计算方法。本发明提供的方法可依据用户需求计算指定地点、时间、太阳活动指数Rz、地磁活动指数Kp、工作频段、电离层闪烁指数S4阈值等条件下的电离层闪烁事件发生概率。
【IPC分类】G01W1/10
【公开号】CN105116469
【申请号】CN201510473513
【发明人】张红波, 赵振维, 刘玉梅
【申请人】中国电子科技集团公司第二十二研究所
【公开日】2015年12月2日
【申请日】2015年8月5日