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基于气辉观测的中国南方电离层赤道等离子体泡标准数据集 认领 引用
1
作者 钟佳 邹自明 +4 位作者 徐寄遥 吴坤 孙龙昌 袁韦 胡晓彦 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2026年第1期254-264,共11页
研究构建了首个基于气辉观测的电离层等离子体泡标准数据集,包含等离子体泡事件数据与精确轮廓标注数据.该数据集源自云南曲靖站630 nm波段气辉成像仪历时一个完整太阳活动周(2012-2022年)的连续观测,所有原始数据均经过图像增强、方位... 研究构建了首个基于气辉观测的电离层等离子体泡标准数据集,包含等离子体泡事件数据与精确轮廓标注数据.该数据集源自云南曲靖站630 nm波段气辉成像仪历时一个完整太阳活动周(2012-2022年)的连续观测,所有原始数据均经过图像增强、方位校正、几何畸变校正及地理坐标投影等标准化预处理,并由专家团队完成等离子体泡事件识别及轮廓标注.该数据集的时间分辨率高达3 min,系统收录了不同太阳活动强度下的等离子体泡事件样本,涵盖I形与Y形等多种典型形态.本数据集为开发高精度监督式人工智能算法提供了高质量基准数据,有助于促进基于气辉成像的电离层等离子体泡自动化检测与形态演化研究. 展开更多
关键词 电离层赤道等离子体泡 气辉观测 标准数据集 轮廓标注 中国区域 太阳活动周 人工智能
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基于深度学习的中国区域电离层f0F2短期预报方法 认领 引用
2
作者 欧明 郭雅苹 +4 位作者 王芬 王海宁 韩超 朱庆林 甄卫民 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2026年第3期639-649,共11页
提出一种基于深度学习的电离层f0F2短期预报方法,通过采用注意力机制的双向长短期记忆网络(Bidirectional Long Short-Term Memory Model With Attention Mechanism,BiLSTM-Attention)算法,结合前7天垂测站电离层f0F2观测... 提出一种基于深度学习的电离层f0F2短期预报方法,通过采用注意力机制的双向长短期记忆网络(Bidirectional Long Short-Term Memory Model With Attention Mechanism,BiLSTM-Attention)算法,结合前7天垂测站电离层f0F2观测值、世界时、太阳活动指数及地磁活动指数作为输入,实现了中国区域电离层f0F2的预报.模型对比分析结果表明:低纬度台站的预报误差显著高于中纬度台站,BiLSTM-Attention模型表现最优,长短期记忆网络(LSTM)模型次之,与国际参考电离层模型(IRI)相比,BiLSTM-Attention模型的均方根误差(RMSE)降低了44.2%,平均绝对误差(MAE)降低47%,而决定系数(R2)提升21.3%;磁暴期间,BiLSTM-Attention模型成功捕捉中国区域电离层负暴效应(f0F2下降),与观测值非常一致,而IRI模型开启暴时模式后,f0F2预测值与实际观测值之间依然存在一定偏差;随着预报时间从1 h增加至24 h,模型预报误差呈系统性上升趋势,RMSE从0.99 MHz增至2.05 MHz,MAE从0.69 MHz升至1.57 MHz,R2则由0.93减至0.75.相关研究为空间天气预警及短波通信系统优化提供了高精度电离层参数的预报支撑. 展开更多
关键词 电离层 F2层临界频率(f0F2) 注意力机制的双向长短期记忆网络 深度学习 短期预报
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基于人工智能和VLF信号传播的昼夜过渡区电子密度反演 认领 引用
3
作者 彭怀云 王茂琰 +4 位作者 张世田 徐彤 刘兵 李海龙 吴健 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2026年第4期1438-1446,共9页
提出了一种基于人工智能和甚低频(VLF,Very Low Frequency)信号传播反演电离层D区电子密度的方法.首先给出了获取VLF电磁波任意传输路径太阳天顶角的方法.接着提出了含直线和Langevin函数的修正电子密度模型,且基于国际电离层参考(IRI,I... 提出了一种基于人工智能和甚低频(VLF,Very Low Frequency)信号传播反演电离层D区电子密度的方法.首先给出了获取VLF电磁波任意传输路径太阳天顶角的方法.接着提出了含直线和Langevin函数的修正电子密度模型,且基于国际电离层参考(IRI,International Reference Ionosphere)模型拟合了修正模型不同太阳天顶角对应的参数.然后基于频域有限元方法和人工智能构建了反映电离层D区电子密度和VLF波传播关系的模型.进而将不同国际时VLF波传播实验测试结果和人工智能方法相结合对昼夜过渡期修正电子密度模型中的随太阳天顶角变化的参数进行反演.最后比较了IRI结合有限元方法、人工智能预测和文献实测甚低频波幅度和相位的日变化特点.相关工作为反演电离层D区电子密度以及提高昼夜过渡区VLF波传播预测效率和精度提供了新的思路. 展开更多
关键词 甚低频 昼夜过渡 地-电离层波导 相位
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中低纬顶部等离子不规则体与相关中性密度扰动的GRACE观测结果及分析 认领 引用
4
作者 杨璐冰 蔡红涛 +4 位作者 占卫家 高顺祖 郑宇豪 闫旭 熊超 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2026年第6期2390-2406,共17页
本文基于2002—2017年的GRACE卫星数据,系统分析了中低磁纬顶部等离子不规则体(Topside Plasma Irregularity,TPI)与中性密度扰动(Neutral Density Disturbance,NDD)的气候学特征和形态特征.利用原位电子密度数据识别TPI,并结合中性密... 本文基于2002—2017年的GRACE卫星数据,系统分析了中低磁纬顶部等离子不规则体(Topside Plasma Irregularity,TPI)与中性密度扰动(Neutral Density Disturbance,NDD)的气候学特征和形态特征.利用原位电子密度数据识别TPI,并结合中性密度数据提取NDD,量化分析了二者的关联统计及时空分布.研究将TPI进一步划分为赤道等离子体泡(Equatorial Plasma Bubble,EPB)和中尺度行进式电离层扰动(Medium-Scale Traveling Ionospheric Disturbance,MSTID),发现EPB主要集中于南美洲—大西洋—非洲区域,而MSTID倾向于非洲—亚洲—太平洋区域,且NDD的气候学特征与对应区域TPI高度相似.进一步分析表明,NDD事件在形态上呈现典型的“反向-C”(backward-C)分布特征,且其发生概率随背景中性密度与电子密度的增加而上升.这些发现共同为“TPI驱动NDD”的物理机制提供了有力支持,也为理解电离层-热层耦合过程中的能量传输提供了系统的观测证据. 展开更多
关键词 顶部等离子不规则体 赤道等离子体泡 中尺度行进式电离层扰动 中性密度扰动 反向-C
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Forecasting of ROTI index in polar regions using BWO-VMD-LSTM hybrid model 认领 引用
5
作者 YeWen Wu Kang Gong +8 位作者 JianJun Liu ZhiWei Wang LiGuo Zhang Ming Ou Jing Chen Lin Ni HuiXuan Qiu XiangCai Chen Run Shi 《Earth and Planetary Physics》 EI CSCD 2026年第4期571-582,共12页
The Rate of TEC Index(ROTI),a crucial indicator of fluctuations in the ionospheric Total Electron Content(TEC),has long served as an effective proxy for characterizing ionospheric activity.However,ROTI sequences exhib... The Rate of TEC Index(ROTI),a crucial indicator of fluctuations in the ionospheric Total Electron Content(TEC),has long served as an effective proxy for characterizing ionospheric activity.However,ROTI sequences exhibit significant nonstationary and nonlinear characteristics,which intensify during substorms,making high-accuracy prediction challenging for traditional models.To address these complications,we propose a hybrid forecasting model,named BWO-VMD-LSTM,that integrates the Beluga Whale Optimization(BWO)algorithm,Variational Mode Decomposition(VMD),and Long Short-Term Memory(LSTM)networks.Our methodology first employs BWO to adaptively optimize the key parameters of VMD,achieving an optimal decomposition configuration.The optimized VMD then decomposes the original non-stationary ROTI sequence into several relatively stable Intrinsic Mode Functions(IMFs).Subsequently,an LSTM model is constructed to independently forecast each IMF.Finally,the predictions of all components are reconstructed to produce the final ROTI forecast.Experimental results demonstrate that our model outperforms baseline models under various geomagnetic conditions(including quiet,normal,and substorm periods),showing significant improvements in key metrics such as Mean Absolute Error(MAE),Root Mean Square Error(RMSE),and Mean Absolute Percentage Error(MAPE),thereby exhibiting superior prediction accuracy and stability.This study presents an effective and robust tool for high-precision ROTI forecasting,with promising potential for enhancing space weather monitoring and scintillation warning services. 展开更多
关键词 ROTI forecasting polar ionosphere Long Short-Term Memory Beluga Whale Optimization Variational Mode Decomposition
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大尺度行进式热层与电离层扰动同步观测的事例对比 认领 引用
6
作者 潘建宏 蔡红涛 +4 位作者 闫旭 胡坤 杨璐冰 青海银 张世炜 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2026年第2期290-299,共10页
为了对比热层-电离层中相伴传播的大尺度行进式大气层扰动与大尺度行进式电离层扰动的传播特征差异,利用CHAMP卫星可以同时共体跨纬度观测大气质量密度和电子密度的优势,研究了2002年3月19日一对远距离相伴传播的LSTAD与LSTID事件.在当... 为了对比热层-电离层中相伴传播的大尺度行进式大气层扰动与大尺度行进式电离层扰动的传播特征差异,利用CHAMP卫星可以同时共体跨纬度观测大气质量密度和电子密度的优势,研究了2002年3月19日一对远距离相伴传播的LSTAD与LSTID事件.在当日04:00-06:00 UT期间,伴随着AE指数的突然显著增强,CHAMP卫星随即在北半球观测到了相伴传播的LSTAD与LSTID.在04:00 UT以后大约6 h内,这些大气质量密度与电子密度的扰动一直向南传播,穿过赤道并进入南半球,最终在南半球耗散消失.此外,地面GNSS台链的观测结果也印证了卫星观测到的LSTID的真实存在.经过对比分析表明,由于电子运动受到洛伦兹力的高度控制,而中性粒子不受洛伦兹力约束,所以由同一源区激发且相伴传播的LSTAD与LSTID沿子午向的水平传播速度表现出明显差异,导致在同一轨道上同一时刻同一位置二者的相位并不相同甚至差别明显. 展开更多
关键词 大尺度行进式大气层扰动 大尺度行进式电离层扰动 传播特征 同步观测
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电离层光度计TEC数据的有效性验证 认领 引用
7
作者 李威 何相宜 +2 位作者 杨玲 符运日 付利平 《测绘学报》 EI CSCD 北大核心 2026年第1期10-24,共15页
搭载于风云三号D星的电离层光度计(IPM)是我国首台具备远紫外波段电离层探测能力的天基载荷,亟须对其反演获得的夜间总电子含量(TEC)数据开展深入的精度验证与质量评估。本文针对我国首台电离层光度计TEC(IPM-TEC)的可用性,以全球电离... 搭载于风云三号D星的电离层光度计(IPM)是我国首台具备远紫外波段电离层探测能力的天基载荷,亟须对其反演获得的夜间总电子含量(TEC)数据开展深入的精度验证与质量评估。本文针对我国首台电离层光度计TEC(IPM-TEC)的可用性,以全球电离层格网产品(GIM-TEC)以及基于欧洲和中国区域连续运行基准站(CORS)反演的TEC数据(CORS-TEC)为参考,在全球和区域两个尺度上,计算系统偏差与数据噪声,针对IPM-TEC开展了为期两年的定量化评估与对比分析。试验结果表明:在全球尺度上,电离层平静期内,IPM-TEC与GIM-TEC在中低纬度区域(南北纬40°以内)表现出较高一致性,系统偏差整体低于2 TECU,数据噪声低于0.3 TECU,显示出该区域数据具有良好的可用性;而在区域尺度上,平静期欧洲与中国中低纬度区域的系统偏差均控制在2 TECU以内,进一步验证了光度计数据在中低纬区域的高有效性。研究结果表明,我国首台电离层光度计在电离层平静期、中低纬度区域具备较高的数据可用性,为后续基于光度计观测数据的电离层多源融合建模与误差校正提供了重要的技术参考。 展开更多
关键词 电离层光度计 总电子含量 全球一致性 区域差异
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Solar EUV flux from the triple ionosophere PhotoMeter onboard the Fengyun-3E satellite 认领 引用
8
作者 Fang Jiang Tian Mao +5 位作者 JinSong Wang XiuQing Hu Qian Song LiPing Fu Nan Jia TianFang Wang 《Earth and Planetary Physics》 EI CSCD 2026年第1期126-135,共10页
The Triple Ionosphere Photometer(TRIPM)is a scientific payload aboard the Fengyun-3E(FY-3E)satellite,which operates in a dawn−dusk orbit.It is primarily designed for nadir observations of airglow emissions at OI 135.6... The Triple Ionosphere Photometer(TRIPM)is a scientific payload aboard the Fengyun-3E(FY-3E)satellite,which operates in a dawn−dusk orbit.It is primarily designed for nadir observations of airglow emissions at OI 135.6 nm and N2Lyman-Birge-Hopfield(LBH)bands.Due to the satellite’s dawn−dusk orbital characteristics,most of TRIPM’s field of view remains in a semi-illuminated condition.Therefore,compared with airglow data of the same bands acquired under purely daytime or nighttime conditions,applying TRIPM data poses greater challenges.This study presents the first attempt to use TRIPM data for retrieving solar extreme ultraviolet(EUV)flux.Our results demonstrate that by utilizing TRIPM data in regions where photoelectron excitation dominates as the primary radiation source,the solar EUV flux(denoted as QEUV)can be retrieved.Comparisons with data from the SOHO/SEM instrument reveal excellent consistency,with a seasonal correlation coefficient(R)of at least 0.95.This work thus offers a new avenue for solar EUV flux acquisition and expands the application range of TRIPM data. 展开更多
关键词 N2LBH band solar EUV thermosphere
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基于子午工程气辉成像观测的中高层大气波动智能识别及关键参数提取 认领 引用
9
作者 赖昌 汪鹏超 李钦增 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2026年第3期650-657,共8页
针对子午工程海量气辉图像高效处理需求,研究基于机器学习技术构建了大气重力波与中尺度行进式电离层扰动智能识别及参数提取工具.通过卷积神经网络分类模型筛选晴朗夜空环境图像,准确率达99%(OH气辉图像)与96.9%(OI气辉图像);结合快速... 针对子午工程海量气辉图像高效处理需求,研究基于机器学习技术构建了大气重力波与中尺度行进式电离层扰动智能识别及参数提取工具.通过卷积神经网络分类模型筛选晴朗夜空环境图像,准确率达99%(OH气辉图像)与96.9%(OI气辉图像);结合快速区域卷积神经网络定位波动结构,交并比超过75%.对大气重力波采用基于二维傅里叶变换的波长、传播方向与水平速度提取方法,对中尺度行进式电离层扰动采用Canny边缘检测与线性拟合提取波动参数.根据输出的参数数据集统计了大气波动的长期趋势,丹东站点(40.0°N,124.0°E)通过OH气辉观测到的大气重力波发生率在冬夏两季达到峰值,呈现明显的双峰分布特征,传播方向冬夏季分别集中在西南方向和东北方向.兴隆站点(40.2°N,117.4°E)通过OI气辉观测到的中尺度行进式电离层扰动事件,94%的传播方向主要集中分布于西南方向(方位角200°~230°).这些统计特性与文献中的统计规律一致,说明基于大气波动参数数据集进行的统计分析是可靠的.本工具解决了传统人工分析效率低、主观性强的问题,为大气波动长期统计研究提供了可靠的数据支撑,数据集已经开源,程序也即将上网. 展开更多
关键词 大气重力波 中尺度行进式电离层扰动 子午工程 机器学习 气辉图像
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海南站地基数字测高仪探测的电离层B0与B1参数变化研究 认领 引用
10
作者 朱正平 付煜 《中南民族大学学报（自然科学版）》 CAS 2026年第4期514-522,共9页
基于2015年至2018年海南站(18.34°N,109.62°E)地基数字测高仪的探测数据,分析了海南地区电离层底部参数B0和B1的日变化与季节变化特征及规律;对比了观测结果(B0_Obs、B1_Obs)与IRI-2020模型的预测结果(B0_Tab/B1_Tab和B0_Gul)... 基于2015年至2018年海南站(18.34°N,109.62°E)地基数字测高仪的探测数据,分析了海南地区电离层底部参数B0和B1的日变化与季节变化特征及规律;对比了观测结果(B0_Obs、B1_Obs)与IRI-2020模型的预测结果(B0_Tab/B1_Tab和B0_Gul);研究了(B0,B1)的变化性(以四分位距与中值的百分比比率表示)以及(B0,B1)参数与其他电离层特性(hmF2和M(3000)F2)之间的相关性.结果表明:IRI-2020模型在低纬度区域存在预测偏差,且两种选项(Bil-2000与Gulyaeva)呈现出相反的偏差趋势,说明该模型在海南地区并不完全适用,有待改进;B0在日出前后出现“塌陷”现象,这是低纬度电离层的一个典型特征.B1在该时段变异显著增大(约68%),说明电离层结构在这个时间段可能较不稳定;相关性分析显示,白天时段B0和B1与hmF2和M(3000)F2均呈较强正相关特性.这些结果为提高IRI模型在海南地区的适用性提供了观测依据,对利用hmF2和M(3000)F2反演底部剖面参数具有参考价值. 展开更多
关键词 海南地区电离层 数字测高仪 电离层底部参数B0和B1 IRI模型
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利用ICEEMDAN-LSTM的台风登陆期间电离层TEC扰动探测 认领 引用 被引量：1
11
作者 杨芸珍 刘立龙 +3 位作者 韩青宏 黄东桂 张亚丽 林俊良 《导航定位学报》 CSCD 北大核心 2026年第2期1-9,共9页
针对台风电离层异常扰动探测参考背景值的精度直接影响探测结果的准确性,而传统方法确定背景值的精度较低的问题,提出一种台风登陆期间电离层TEC扰动探测方法:结合改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)和长短期记忆(LSTM)神... 针对台风电离层异常扰动探测参考背景值的精度直接影响探测结果的准确性,而传统方法确定背景值的精度较低的问题,提出一种台风登陆期间电离层TEC扰动探测方法:结合改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)和长短期记忆(LSTM)神经网络构建短时电离层总电子含量(TEC)背景值的确定方法;然后将其用于2023年台风“苏拉”登陆期间电离层TEC异常扰动探测。结果表明:1)ICEEMDAN-LSTM模型在地磁活跃期和平静期确定背景值的相对精度分别为91.18%和93.10%,较四分位距法、LSTM模型和CEEMDAN-LSTM模型可提高0.58~60.35个百分点;而均方根误差和偏差则减小数倍;ICEEMDAN-LSTM模型确定背景值的精度显著高于四分位距法和单一的LSTM模型。2)将提出的方法用于2023年台风“苏拉”登陆期间的电离层TEC扰动探测,发现台风登陆点周围的4个格网点电离层TEC在登陆当天和登陆后第1天分别表现出负异常和正负异常现象;结合日地空间环境,台风登陆当天的电离层扰动与“苏拉”存在一定联系,且距离台风路径越近,电离层TEC扰动越显著。 展开更多
关键词 台风 电离层扰动 总电子含量(TEC) 长短期记忆(LSTM)神经网络 改进的自适应噪声完备集合经验模态分解(ICEEMDAN)
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基于SA-ConvLSTM的电离层总电子含量时空预测 认领 引用
12
作者 肖健 刘海军 +5 位作者 乐会军 周锐 马艳 袁静 单维锋 袁国铭 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2026年第3期957-970,共14页
现有的电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)时空预测模型主要以堆叠ConvLSTM单元及其变体为主.这种依赖于ConvLSTM的TEC时空预测模型在捕捉局部时空依赖性的时候比较有效.但由于缺乏存储长距离空间记忆的单元,致使长距离的TE... 现有的电离层总电子含量(Total Electron Content,TEC)时空预测模型主要以堆叠ConvLSTM单元及其变体为主.这种依赖于ConvLSTM的TEC时空预测模型在捕捉局部时空依赖性的时候比较有效.但由于缺乏存储长距离空间记忆的单元,致使长距离的TEC空间特征依赖难以被ConvLSTM及其变体捕捉.为解决该问题,本文提出了一个基于自注意力记忆卷积长短期记忆网络的电离层TEC时空预测模型SA-ConvLSTM,该模型在具有短期记忆依赖的ConvLSTM基础上,增加了具有长距离记忆依赖的自注意力记忆(self-attention memory,SAM)模块,以便在TEC时空预测中同时兼顾短期记忆和长距离记忆.为了验证SA-ConvLSTM的性能,本文在12.5°S—87.5°N,25°E—180°E区域内选择3年太阳活动高年和3年太阳活动低年的TEC网格数据,在该数据上,将SA-ConvLSTM与目前主流的TEC时空预测模型ConvGRU、ConvLSTM、PredRNN、Residual Attention-BiConvLSTM及CODE提供的电离层预测产品C1PG进行了对比.结果表明,与C1PG、ConvGRU、ConvLSTM、PredRNN和Residual Attention-BiConvLSTM相比,SA-ConvLSTM的RMSE在太阳活动高年分别降低了6.58%、3.89%、5.79%、1.44%、1.21%;在太阳活动低年分别降低了13.42%、10.26%、11.40%、3.20%、4.37%.此外,本文还在不同月份和纬度区域情况下进行了对比,结果表明,在绝大多数月份和绝大多数纬度区域内,SA-ConvLSTM的预测性能更好.最后本文选取了两次磁暴事件来验证SA-ConvLSTM在极端情况下的预测能力.结果表明,SA-ConvLSTM在磁暴的大多数阶段均优于对比模型. 展开更多
关键词 电离层总电子含量 自注意力记忆 SA-ConvLSTM 太阳活动高年 太阳活动低年
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基于去噪小波变换可变形卷积的电离层TEC预测 认领 引用
13
作者 李仕甲 刘海军 +3 位作者 乐会军 孙丽薇 姚行月 袁静 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2026年第7期2877-2891,共15页
去噪小波变换卷积(Denoising wavelet transform convolution,DWTConv)是新提出的一种空间特征提取算子,它具有出色的同时提取高低频空间特征的能力,还具有抗噪性.然而,在DWTConv中所采用的二维标准卷积是固定形状的卷积核,限制了其在... 去噪小波变换卷积(Denoising wavelet transform convolution,DWTConv)是新提出的一种空间特征提取算子,它具有出色的同时提取高低频空间特征的能力,还具有抗噪性.然而,在DWTConv中所采用的二维标准卷积是固定形状的卷积核,限制了其在空间特征提取上的灵活性.针对此问题,本文将可变形卷积嵌入到DWTConv中,提出去噪小波变换可变形卷积(Denoising Wavelet Transform Deformable Convolution,DWTDConv).通过为卷积核增加可学习偏置,使DWTDConv允许模型在训练过程中自适应学习卷积区域的形状,在复杂空间变化中具有更灵活的特征提取能力.随后,本文将DWTDConv嵌入ConvLSTM中,构建了新的时空单元(Denoising Wavelet Transform Deformable Convolution Long Short-Term Memory Unit,DWTDConvLSTM),并以此为基础搭建了TEC时空预测模型.本文首先通过消融实验验证了可变形卷积的有效性;随后在第24个太阳活动周期的电离层图(Global Ionospheric Map,GIM)上,将DWTDConvLSTM与C1PG、ConvGRU、和ConvLSTM进行了多角度对比.整体定量结果表明,相较于各模型DWTDConvLSTM在太阳活动高年RMSE分别降低了18.16%、9.16%、5.82%,在太阳活动低年RMSE分别降低了22.74%、12.60%、7.65%;不同纬度区域内的对比表明,在18个子纬度区域本文模型均优于全部对比模型;在磁暴事件上的对比结果表明,本文模型在极端条件下依然有一定优势. 展开更多
关键词 电离层总电子含量 去噪小波变换卷积 可变形卷积 时空预测
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基于协方差矩阵自适应进化算法的斜测电离图反演 认领 引用
14
作者 聂俊涛 余涛 +3 位作者 丁宗华 梁宇 王锦 于岩 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2026年第5期1796-1806,共11页
本研究提出了一种对斜测电离图反演以提取电离层电子密度剖面的方法.该方法使用了经验正交函数(EOF)分解对电子密度剖面数据进行降维,用等效定理将垂直电离图转换为斜测电离图,并结合协方差矩阵自适应进化(CMA-ES)算法寻找最佳结果.本... 本研究提出了一种对斜测电离图反演以提取电离层电子密度剖面的方法.该方法使用了经验正交函数(EOF)分解对电子密度剖面数据进行降维,用等效定理将垂直电离图转换为斜测电离图,并结合协方差矩阵自适应进化(CMA-ES)算法寻找最佳结果.本文首先对电离层历史数据进行EOF分解,得到一系列基函数和对应的系数.按照多元高斯分布随机生成一组候选的前六阶系数,分别与对应的基函数相乘即可得到电子密度数据,随后依照这些电子密度数据通过正演算法得到相对应的斜测图,与需要反演的斜测图进行比较得到适应度,最后通过CMA-ES算法进行迭代寻优,找到符合要求的一组系数,从而重构对应的电子密度剖面.结果表明,与垂测站观测值相比,误差在±0.5 MHz以内的F2层临界频率反演结果占比达94.29%.经验证,选用的种群大小和迭代次数相同的情况下,相比于遗传算法和差分进化算法,CMA-ES算法反演的速度和准确性显著提高. 展开更多
关键词 斜测电离图 协方差矩阵自适应进化算法 经验正交函数分析 反演
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DHA-UNet:Dual hybrid attentional UNet model for global ionospheric prediction during geomagnetic storm 认领 引用
15
作者 Kaiyu XUE Chuang SHI +1 位作者 Zhipeng WANG Cheng WANG 《Chinese Journal of Aeronautics》 SCIE EI CAS CSCD 2026年第1期485-507,共23页
The Vertical Total Electron Content(VTEC)of the ionosphere is a crucial parameter for describing the distribution and dynamic changes within the ionosphere.The study utilizes Dual Hybrid Attentional UNet(DHA-UNet)mode... The Vertical Total Electron Content(VTEC)of the ionosphere is a crucial parameter for describing the distribution and dynamic changes within the ionosphere.The study utilizes Dual Hybrid Attentional UNet(DHA-UNet)model to achieve higher forecasting performance for global VTEC predictions under the condition of data acquisition delays.Initially,this study uses the first Hybrid Attentional UNet(HA-UNet)model to predict the intermediate missing data.The missing data are caused by delays in data processing,making the Global Ionosphere Map(GIM)for the current day unavailable.Subsequently,the predicted results from the first HA-UNet model are concatenated with the input data to serve as the input data for the second HA-UNet model,yielding the final prediction results.The performance of DHA-UNet model is then evaluated under varying solar and geomagnetic activity conditions.Evaluation results demonstrate that the DHA-UNet model exhibits higher forecasting accuracy and stability compared to commonly used temporal and spatiotemporal forecasting models.Compared to CODG VTEC,the DHA-UNet model achieves Mean Absolute Error(MAE)values of 2.60 TECU,3.07 TECU,3.78 TECU,and 6.45TECU during quiet,weak,moderate,and strong geomagnetic storm periods,respectively,in years of high solar activity.In years of low solar activity,the model achieves MAE values of 1.00 TECU,1.15 TECU,and 1.54 TECU during quiet,weak,and moderate geomagnetic storm periods,respectively.Even during strong geomagnetic storms,55%of the residuals from the DHA-UNet model fall within the-5.0 TECU to 5.0 TECU range,surpassing other commonly used models.Compared to the C1PG forecasting product,the DHA-UNet model shows particularly notable improvements in accuracy during the spring and winter seasons,as well as in mid-to high-latitude regions. 展开更多
关键词 GNSS Ionosphere Forecasting Deep learning Dual Hybrid Attentional UNet(DHA-UNet)
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基于残差补偿WHO-RF模型的电离层不规则体预测 认领 引用
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作者 陈清燕 纪元法 +2 位作者 孙希延 梁文斌 GHAZALI Kamarul Hawari Bin 《空间科学学报》 CAS CSCD 北大核心 2026年第3期628-638,共11页
针对电离层不规则体预测困难和单一随机森林(RF)模型在预测中存在精度不高且参数调整困难等问题,在结合野马优化(Wild Horse Optimizer,WHO)算法的基础上进行残差补偿(Residual Compensation,RC),构建RC-WHO-RF电离层不规则体预测模型.... 针对电离层不规则体预测困难和单一随机森林(RF)模型在预测中存在精度不高且参数调整困难等问题,在结合野马优化(Wild Horse Optimizer,WHO)算法的基础上进行残差补偿(Residual Compensation,RC),构建RC-WHO-RF电离层不规则体预测模型.利用2020年3月1日至2024年6月30日香港HKWS站的观测数据,计算电离层总电子含量变化率的标准差(ROTI)以及选择一系列与不规则体相关的背景电离层参数作为输入特征进行实验分析.结果表明,ROTI、余弦相位日变化因子和地磁活动指数对电离层不规则体的预测至关重要;RC-WHO-RF模型预测的均方根误差均小于0.1 TECU·min–1,对突发性磁暴事件也具有优异的响应能力和预测精度;RC-WHO-RF模型在提前30 min的短临预报中平均相对精度达90.67%,比WHO-RF提升8.16%,比单一RF模型提升11.2%,组合模型的预测效果要明显优于单一RF模型和WHO-RF模型. 展开更多
关键词 电离层不规则体 随机森林模型 野马优化算法 残差补偿
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基于改进DCGAN的斜测电离图数据增强算法 认领 引用
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作者 赵龙杰 黄朝军 +1 位作者 冯健 王岳松 《现代电子技术》 北大核心 2026年第5期162-168,共7页
针对斜测电离层图像数据集存在样本人工筛选工作量大与类别分布不平衡的问题,文中提出一种基于改进DCGAN的数据增强方法。该方法通过引入MDTA机制与残差网络,分别对DCGAN的生成器与判别器进行优化,显著提升了网络的生成性能。消融实验... 针对斜测电离层图像数据集存在样本人工筛选工作量大与类别分布不平衡的问题,文中提出一种基于改进DCGAN的数据增强方法。该方法通过引入MDTA机制与残差网络,分别对DCGAN的生成器与判别器进行优化,显著提升了网络的生成性能。消融实验结果显示:改进前后DCGAN的FID值从82.5降至47.1,表明所提方法可显著增强生成数据的质量与真实性;进一步采用当前主流检测网络YOLO11对比原始数据集与扩增后数据集的检测性能,结果显示,平均精度均值(mAP)从88.3%提升至92.8%,验证了数据增强方法生成的斜测电离层图像在较为常见的深度学习任务中具有良好的适用性。 展开更多
关键词 DCGAN 斜测电离层图 数据增强 MDTA机制 残差网络 YOLO11
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基于Transformer的电离层fbEs短期预测 认领 引用
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作者 张萌 黄朝军 +1 位作者 冯健 冯静 《现代电子技术》 北大核心 2026年第9期107-113,共7页
电离层Es层遮蔽频率(fbEs)是影响无线电波传播的关键参数,对其进行准确预测在通信、导航等领域具有重要应用价值。针对电离层Es层遮蔽频率(fbEs)传统预测模型精度有限的问题,文中提出一种基于Transformer深度学习模型的预测方法,构建了... 电离层Es层遮蔽频率(fbEs)是影响无线电波传播的关键参数,对其进行准确预测在通信、导航等领域具有重要应用价值。针对电离层Es层遮蔽频率(fbEs)传统预测模型精度有限的问题,文中提出一种基于Transformer深度学习模型的预测方法,构建了一个以历史fbEs观测数据及太阳活动指数等辅助性参数为输入、以未来72 h的fbEs序列为输出的模型,并且对北京、海口、拉萨三个典型地区的fbEs进行了预测分析。实验结果表明,Transformer模型的预测精度优于ARIMA和LSTM等传统方法,其平均绝对误差相对LSTM平均降低12.5%,其均方根误差相对LSTM平均降低13.98%,且预测误差呈现地理差异(北京、海口、拉萨三个台站的预测误差依次递增)和季节变化(夏高冬低)规律,与电离层物理机制高度吻合,实验结果验证了Transformer模型在电离层fbEs参数预测上的可行性。 展开更多
关键词 电离层Es层 遮蔽频率 深度学习 Transformer模型 编码器 解码器
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基于Swarm卫星等离子体密度及相位屏传播理论的电离层闪烁经验模型构建 认领 引用
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作者 郑宇豪 熊超 《地球物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2026年第6期2379-2389,共11页
本文利用Swarm卫星提供的高时间分辨率等离子体密度数据,结合相位屏传播理论,计算了电离层振幅闪烁指数,并与地基GNSS台站的观测结果进行了系统对比.结果表明,该方法能够有效模拟地基接收机所观测到的信号扰动特征,验证了其在闪烁估计... 本文利用Swarm卫星提供的高时间分辨率等离子体密度数据,结合相位屏传播理论,计算了电离层振幅闪烁指数,并与地基GNSS台站的观测结果进行了系统对比.结果表明,该方法能够有效模拟地基接收机所观测到的信号扰动特征,验证了其在闪烁估计中的适用性.在此基础上,进一步利用2014—2022年间Swarm卫星的16 Hz电子密度观测数据,引入最小模型算法,融合季节、地方时、太阳活动水平以及经纬度多个变量,构建了全球电离层闪烁发生率经验模型(Global Ionospheric Scintillation Occurrence Model,GISOM).该模型输出结果成功再现了低纬度和高纬度地区电离层闪烁的空间分布特征,并在地方时变化和季节性趋势方面与地基GNSS闪烁观测数据保持良好一致性.进一步对比Swarm卫星2014—2022年间夜侧赤道等离子体泡(EPB)观测数据发现,模型输出的低纬度地区的闪烁发生率与EPB发生率在美洲区域呈现出显著的季节性差异,其中闪烁发生率的季节高峰有所偏移,这一现象在TUC和HAN两个地基站的闪烁观测数据中亦得到了证实.总体而言,该模型能够有效地表征电离层闪烁的主要分布特征,为闪烁影响的评估提供了可靠工具,具备较好的预测和应用潜力. 展开更多
关键词 电离层闪烁 Swarm卫星 经验模型 相位屏理论 赤道等离子体泡
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基于SuperDARN雷达的电离层对流晨昏不对称性研究 认领 引用
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作者 高冰洁 刘二小 +3 位作者 陈轩 胡泽骏 王子磊 刘俊良 《极地研究》 CAS CSCD 北大核心 2026年第2期275-288,共14页
基于2024年超级双子极光雷达网(Super Dual Auroral Radar Network,SuperDARN)探测的电离层对流数据,本文对行星际磁场(Interplanetary Magnetic Field,IMF)三分量(Bx、By、Bz)、太阳风速度(Vx)、动压(Pd)与地磁活动指数(AE)在不同IMF B... 基于2024年超级双子极光雷达网(Super Dual Auroral Radar Network,SuperDARN)探测的电离层对流数据,本文对行星际磁场(Interplanetary Magnetic Field,IMF)三分量(Bx、By、Bz)、太阳风速度(Vx)、动压(Pd)与地磁活动指数(AE)在不同IMF Bz极性(北向/南向)条件下对电离层对流形态与强度的影响进行分析。选取了涡间连线斜率(Ks)、越极盖电势(Cross Polar Cap Potential,CPCP)与涡间距作为电离层对流表征参量,分析了其与6个近地空间参数(Bx、By、Bz、Vx、Pd和AE)的相关性,以此来评估6个近地空间参数对晨昏不对称性和对流强度的影响。研究结果表明,在北向Bz条件下,太阳风-磁层-电离层整体耦合较弱,3个表征量对驱动参数的线性响应微弱,电离层对流表现出较大的随机性与结构复杂性;在南向Bz条件下,耦合增强,Bz对CPCP和涡间距的变化起主导作用;By是控制晨昏不对称性的主要因子;Bx对晨昏不对称性有一定的调制效应;同时,AE的增强通常会导致CPCP增强与涡间距增大(AE与CPCP及涡间距存在同步变化),而Vx和Pd与3个电离层对流表征量呈弱相关。本文为进一步研究太阳风-磁层-电离层耦合的电离层对流不对称性研究提供一定的参考。 展开更多
关键词 SuperDARN 雷达 电离层对流模式 晨昏不对称性
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