基于平漂气球数据的扰动特征提取方法、装置及设备

本技术涉及大气探测，特别是涉及一种基于平漂气球数据的扰动特征提取方法、装置及设备。

背景技术：

1、平流层位于对流层以上到距地表约50km左右，是连接低层大气和高层大气的中间区域，绝大部分航天活动和军事活动都会经过这一区域，近年来，随着新型飞行器如平流层飞艇等的面世，了解平流层大气的扰动信息已成为迫切热门的需求。

2、目前，目前主流的平流层中扰动特征获取方法包括飞机观测和超压气球探测，其中，飞机观测通过在空间坐标系下对观测数据进行结构函数分析，获取大气扰动特性；超压气球通过长时间的沿纬圈漂移，获取准拉格朗日观测的平流层重力波场信息。但是，由于飞机观测只能用于特定设计的任务，并且观测数据难以连续累积，难以确保获取的扰动特征的准确性，而超压气球考虑大气环流条件，只能在赤道和极区范围内进行大气探测，扰动特征获取的范围受到限制。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够适用于中国地区上空观测、准确度高的基于平漂气球数据的扰动特征提取方法、装置及设备。

2、一种基于平漂气球数据的扰动特征提取方法，所述方法包括：

3、获取平漂气球平漂阶段的原始探测数据并进行预处理，得到预处理后的探测数据；

4、根据预处理后的探测数据构建时间坐标系下不同方向的多阶结构函数，得到纬向多阶结构函数和经向多阶结构函数；

5、根据纬向多阶结构函数对预处理后的探测数据分别进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到纬向hurst参数和纬向间歇性参数，根据经向多阶结构函数对预处理后的探测数据分别进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到经向hurst参数和经向间歇性参数；

6、将纬向hurst参数和纬向间歇性参数进行组合形成纬向参数空间，将经向hurst参数和经向间歇性参数进行组合形成经向参数空间，根据纬向参数空间和经向参数空间提取得到平漂气球探测过程中的大气扰动特征。

7、在其中一个实施例中，获取平漂气球平漂阶段的原始探测数据并进行预处理，得到预处理后的探测数据，包括：

8、获取平漂气球平漂阶段的原始探测数据，利用标准差法剔除原始探测数据中的野值点，并按照时间序列对原始探测数据进行重新插值，得到插值后的探测数据，对插值后的探测数据进行水平一致性检验，得到检验后的探测数据；

9、根据预设的平漂时间阈值和平漂高度差阈值对检验后的探测数据进行筛选，得到预处理后的探测数据。

10、在其中一个实施例中，根据预处理后的探测数据构建时间坐标系下不同方向的多阶结构函数，得到纬向多阶结构函数和经向多阶结构函数，包括：

11、根据预处理后的探测数据构建时间坐标系下不同方向的多阶结构函数，得到纬向多阶结构函数和经向多阶结构函数，表示为

12、sq(τ)＝<|ul(t+τ)-ul(t)|q>＝<|δul(τ)|q>＝cqτζ(q)

13、其中，sq(τ)＝{sqx(τ)，sqy(τ)}表示q阶结构函数，sqx(τ)表示纬向q阶结构函数，sqy(τ)表示经向q阶结构函数，ul表示预处理后的探测数据中沿着水平l方向的准拉格朗日测量结果，δul(τ)表示与位置无关的ul的统计特征，t表示时间，τ表示分离时间，cq表示常数，ζ(q)表示与阶数q有关的函数。

14、在其中一个实施例中，根据纬向多阶结构函数对预处理后的探测数据分别进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到纬向hurst参数和纬向间歇性参数，根据经向多阶结构函数对预处理后的探测数据分别进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到经向hurst参数和经向间歇性参数，包括：

15、分别根据纬向q阶结构函数和经向q阶结构函数对预处理后的探测数据进行粗糙程度分析，得到纬向hurst参数和经向hurst参数；

16、分别根据纬向q阶结构函数和经向q阶结构函数对预处理后的探测数据进行粗糙程度分析，得到纬向间歇性参数和经向间歇性参数。

17、在其中一个实施例中，分别根据纬向q阶结构函数和经向q阶结构函数对预处理后的探测数据进行粗糙程度分析，得到纬向hurst参数和经向hurst参数，包括：

18、分别根据纬向q阶结构函数和经向q阶结构函数对预处理后的探测数据进行粗糙程度分析，得到q阶hurst参数，表示为

19、

20、其中，h(q)＝{hx(q)，hy(q)}表示q阶hurst参数，hx(q)表示纬向q阶hurst参数，hy(q)表示经向q阶hurst参数；

21、选取q＝1时的纬向q阶hurst参数作为纬向hurst参数，表示为hx1＝hx(1)；选取q＝1时的经向q阶hurst参数作为经向hurst参数，表示为hy1＝hy(1)，且hx(1)和hy(1)的值位于0至1之间。

22、在其中一个实施例中，分别根据纬向q阶结构函数和经向q阶结构函数对预处理后的探测数据进行粗糙程度分析，得到纬向间歇性参数和经向间歇性参数，包括：

23、分别根据纬向q阶结构函数和经向q阶结构函数对预处理后的探测数据进行粗糙程度分析，得到纬向间歇性参数和经向间歇性参数，表示为

24、

25、其中，c1＝{cx1，cy1}表示间歇性参数，cx1表示纬向间歇性参数，cy1表示经向间歇性参数，表示q阶广义维，k(q)表示q阶曲线，k′(1)为q阶曲线在q＝1处的线性拟合斜率。

26、在其中一个实施例中，将纬向hurst参数和纬向间歇性参数进行组合形成纬向参数空间，将经向hurst参数和经向间歇性参数进行组合形成经向参数空间，根据纬向参数空间和经向参数空间提取得到平漂气球探测过程中的大气扰动特征，包括：

27、将纬向hurst参数hx1和纬向间歇性参数cx1进行组合，形成纬向参数空间(hx1，cx1)，将经向hurst参数hy1和经向间歇性参数cy1进行组合，形成经向参数空间(hy1，cy1)，根据纬向参数空间(hx1，cx1)和经向参数空间(hy1，cy1)提取得到平漂气球探测过程中的大气扰动特征。

28、在其中一个实施例中，在将纬向hurst参数和纬向间歇性参数进行组合形成纬向参数空间，将经向hurst参数和经向间歇性参数进行组合形成经向参数空间之前，还包括：将hurst参数和间歇性参数统一为相同的拟合区间。

29、一种基于平漂气球数据的扰动特征提取装置，所述装置包括：

30、数据预处理模块，用于获取平漂气球平漂阶段的原始探测数据并进行预处理，得到预处理后的探测数据；

31、多阶结构函数构建模块，用于根据预处理后的探测数据构建时间坐标系下不同方向的多阶结构函数，得到纬向多阶结构函数和经向多阶结构函数；

32、扰动参数获取模块，用于根据纬向多阶结构函数对预处理后的探测数据分别进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到纬向hurst参数和纬向间歇性参数，根据经向多阶结构函数对预处理后的探测数据分别进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到经向hurst参数和经向间歇性参数；

33、扰动特征提取模块，用于将纬向hurst参数和纬向间歇性参数进行组合形成纬向参数空间，将经向hurst参数和经向间歇性参数进行组合形成经向参数空间，根据纬向参数空间和经向参数空间提取得到平漂气球探测过程中的大气扰动特征。

34、一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

35、获取平漂气球平漂阶段的原始探测数据并进行预处理，得到预处理后的探测数据；

36、根据预处理后的探测数据构建时间坐标系下不同方向的多阶结构函数，得到纬向多阶结构函数和经向多阶结构函数；

37、根据纬向多阶结构函数对预处理后的探测数据分别进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到纬向hurst参数和纬向间歇性参数，根据经向多阶结构函数对预处理后的探测数据分别进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到经向hurst参数和经向间歇性参数；

38、将纬向hurst参数和纬向间歇性参数进行组合形成纬向参数空间，将经向hurst参数和经向间歇性参数进行组合形成经向参数空间，根据纬向参数空间和经向参数空间获提取得到平漂气球探测过程中的大气扰动特征。

39、上述基于平漂气球数据的扰动特征提取方法、装置及设备，首先，获取不受地域范围限制的平漂气球平漂阶段的原始探测数据并进行预处理，得到预处理后的探测数据；然后，考虑平漂气球自身随背景风场漂移的特点，利用时间坐标进行分析更能凸显平漂气球准拉格朗日测量的优势，进一步地根据预处理后的探测数据构建时间坐标系下的纬向多阶结构函数和经向多阶结构函数，并根据两个正交方向上的多阶结构函数分别对预处理后的探测数据进行粗糙程度分析和奇异测度分析，得到两个正交方向上的hurst参数和间歇性参数；最后，根据两个正交方向上的hurst参数和间歇性参数构建参数空间，根据参数空间提取得到平漂气球探测过程中的大气扰动特征。相比于现有技术，采用本方法能够通过在时间坐标系下对平漂气球探测数据开展多阶结构函数分析，获取多方向的扰动参数，并构建参数空间准确捕获大气扰动特征。