的获取
[0137] FJl实测描迹中的数据用于确定FJl参数，假设共有K个数据点，其对应的工作频 率和虚高分别为fjPh" (fk)。在读取了 feF2的情况下，FJl剖面由系数C1Q = 0~N+1) 完全确定，在F1层参数确定后，F i层与F 2层交点处的剖面梯度也已经确定，那么，根据当前 数据计算出的系数C1 (i = 0~N)必须满足式（61):
[0140] 因此，FJl构建模型参数的确定同样是一个约束优化问题，可采用类似确定F Jl 参数时用到的方法来计算这些系数：
[0138]
[0139]
题进行F2层构建穠梨 参数的确定。
[0143] 5)谷层、F1层、F 2层构建模型参数的最终获取
[0144] 对于未充分发育FJl，垂测电离图判读软件自动给出的fm相对于F1层充分发育 时的偏差A fe是一个未知量，理论上，Δ f ε的取值介于〇~f eF2-fm，因此，在确定谷层、F1 层、FJl参数时，将△ f ^在0~f eF2_fm内遍历，选取使所有数据点计算虚高与实测虚高误 差和最小的Δ 对应的谷层、F i层、F 2层参数作为最终的谷层、F i层、F 2层参数。
[0145] (3)缺失实测数据外推补偿预处理
[0146] 基于上述构建的电离层模型，以及结合实测数据获取的各层构建模型的参数，通 过模型计算实现缺失实测数据的外推补偿，形成趋势上连续的预处理数据，为后继实高的 计算提供高质量的数据支撑。
[0147] (4)频率仁的实高计算
[0148] 基于实测数据外推补偿预处理的结果，假设共有η个数据点，其对应的工作频率 和虚高分别为匕和h' i，使用5个系数的交叠多项式模型，计算频率A (i = 3, 4, 5,…，n-1) 对应的实高Ii1。
[0149] 1)基于实测数据外推补偿预处理的结果（工作频率和虚高分别为&和h' i (i = 1，2,3, "·，η))，使用式（39)计算每个频率fdi = 3,4,5, 一,!!-I)相应的5个多项式系数； 使用式（9)~式（16)计算电波频率A和等离子体频率^,处的群折射指数为μ' 1ι];使用 式（17)和式（18)计算电波频率仁处，f ,和f , i之间等离子体频率对应的群折射指数的均 值为 1 的值。
[0150] 2)设定频率fp f2所对应的实高h r h2均等于虚高h' i，用以下式（63)计算 h" u，h" 2il，h" 3il，h" 的值，然后通过式（64)表示的5个系数的交叠多项式计算获得 频率f3的实高h 3，并用和h3计算结果代替h" 2ι1。
[0151] h" Ju=I^ 2_h1;h" I1=I^ 3_h1;h" 4,!=Iir 4-1^(63)
[0152] h3= p 31h1+p32h2+p33h //2Λ+?>^" s.i+Pssh^ 4,i(64)
[0153] 3)使用式（65)表示的5个系数的交叠多项式顺次确定实高Ii1 (i = 4,5, 6,… ，n-l)，式中 h" llil2，h" lil2，h" 1+1,12 使用式（41)~式（43)计算获得。
[0154] Ii1= p ^h1 ^pl2Ii1 !+Pl3Ii" i u 2+pl4h" u 2+pl5h" 1+1ι1 2(65)
[0155] (5)最大频率fn对应实高h n的计算
[0156] 设定,等于使用式（39)计算fn对应的5个多项式系数；结合实测临界 频率f。，使用式（44)计算h" n+1，n 2的值；然后使用式（65)表示的5个系数的交叠多项式 计算最大频率匕对应实高h n的值。
[0157] (6)电离层峰高hc的计算
[0158] 结合实测临界频率f。，使用式（45)计算电离层峰高h。的值。
[0159] 图2给出了采用本发明的一个反演实例，其中实测数据是垂测电离图判读软件的 判读结果，这是一个典型的三层（E层、F1层和FJl)、F i层未充分发育的电离层回波描迹。 本发明中，基于构建电离层模型对缺失实测数据实现了有效的外推补偿（黑色六角星型标 点）；融合实测数据预处理结果，使用多项式模型获得了更加平滑和精确的电离层剖面（黑 色短划线），显著优于仅采用实测数据的剖面反演结果（黑色实线）及实测数据直接插值的 剖面反演结果（黑色点线）。克服了多项式反演方法中较多或大量数据缺失、各层临频附近 的数据缺失、以及未结合电离层传播特性大量缺失数据直接插值导致的剖面计算误差大幅 增大，甚至错误的缺陷。
【主权项】
1. 一种融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A、 构建多项式电离层模型；步骤B、基于建立的电离层模型，结合实测虚高数据，在剖面连续 光滑的约束条件下，通过搜索、迭代的方法获得多项式电离层模型的系数，从而对缺失实测 数据进行外推补偿预处理；步骤C、设定频率f\、f2对应的实高h i、h2，基于连续的预处理虚 高数据，计算平均群折射指数和交叠多项式系数，从而计算频率= 3, 4, 5,…，n-1的实 高；步骤D、计算最大频率fn对应的实高h n;步骤E、计算电离层峰高。2. 根据权利要求1所述的融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其特征在于，所述 多项式电离层模型包括E层、谷层、FJ1、F 2层的四层模型，具体为：3. 根据权利要求2所述的融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其特征在于，所述 步骤B具体包括：步骤B1、为了使建立的电子浓度剖面满足连续光滑特性，在层与层的连接 点处，基于连接点以上及以下电离层模型分别计算的等离子体频率平方值以及剖面梯度应 该相等，根据这一条件，限定相关参数之间的内在关系；步骤B2、基于建立的电离层模型， 结合实测虚高数据，在剖面连续光滑的约束条件下，依据电离层模型计算虚高和实测虚高 误差和最小准则，通过搜索、迭代的方法获得构建电离层模型的系数，从而采用确定系数的 电离层模型对缺失实测数据进行外推补偿预处理，形成完整连续的虚高数据。4. 根据权利要求3所述的融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其特征在于，计算 平均群折射指数：并且μ ' u 1/2是在电波频率f廊等离子体频率+ 0处的群折射指数值， 符号μ ' U用于表示在电波频率f JP等离子体频率f ,处的 群折射指数μ'，群折射指数μ'具有以下形式：其中，式中，fH为垂测站上空300km处磁旋频率，Θ为垂测站上空300km处磁倾角，f为电波 频率，fN为等离子体频率。5. 根据权利要求4所述的融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其特征在于，计算 平均群折射指数：根据下式计算交叠多项式系数Pll，pl2, pl3, pl4, pl5，6. 根据权利要求5所述的融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其特征在于，根据 下式计算频率匕处的实高h 1: h= P ^h1 Jpl2Ii1 !+Pl3Ii" i u 2+pl4h" 1;1 2+pl5h" 1+1!1 2 (40) 〇7. 根据权利要求6所述的融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其特 征在于，根据式（40)计算最大频率fn对应的实高h "需要确定h " n+Un 2的值：8. 根据权利要求7所述的融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其特征在于，根据 式（45)计算电离层峰高：
【专利摘要】本发明公开了一种融合数据预处理的垂测电离图反演方法，其包括以下步骤：步骤A、构建多项式电离层模型；步骤B、基于建立的电离层模型，结合实测虚高数据，在剖面连续光滑的约束条件下，通过搜索、迭代的方法获得多项式电离层模型的系数，从而对缺失实测数据进行外推补偿预处理；步骤C、设定频率f1、f2对应的实高h1、h2，基于连续的预处理虚高数据，计算平均群折射指数和交叠多项式系数，从而计算频率fii＝3,4,5,…,n-1的实高；步骤D、计算最大频率fn对应的实高hn；步骤E、计算电离层峰高。
【IPC分类】G06F19/00
【公开号】CN105160156
【申请号】CN201510484383
【发明人】鲁转侠, 柳文, 蔚娜, 杨龙泉, 冯静, 郭文玲, 师燕娥
【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16日
【申请日】2015年8月10日