一种电离层VTEC值异常检测方法

摘要

本发明公开了一种电离层VTEC值异常检测方法，包括以下步骤：确定观测序列，数量为n，选择观测序列中初始的VTEC观测值，表示为：VTEC_i，1≤i≤n，i表示观测序列中的第i个值；对VTEC观测值VTEC_i进行逐个递推，表示为：VTEC(i)，计算VTEC观测值和VTEC滤波值的差值序列及两者差值序列的均方差，构建VTEC异常检测统计量；利用VTEC异常探测统计量，依据VTEC上边界和下边界进行VTEC异常探测与统计分析。本发明方法计算简单，可以方便、快捷地通过编程实现VTEC值的异常检测，具有较高的科研和应用价值。

主权项

一种电离层VTEC值异常检测方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)确定观测序列，数量为n，选择观测序列中初始的VTEC观测值，表示为：VTEC_i，1≤i≤n，i表示观测序列中的第i个值；(2)对VTEC观测值VTEC_i进行逐个递推，表示为：VTEC(i)，递推方法如下所示：PE(i)＝A(i‑1)×P(i‑1)×A(i‑1)′+Q(i‑1)  (1)式(1)中，2≤i，表示从第2个观测值开始递推；A表示状态转移矩阵，A的初始值设为1，即A(1)＝1；Q表示系统噪声矩阵，Q的初始值设为1，即Q(1)＝1；PE表示预报误差矩阵，PE的初始值同样设为1，即PE(1)＝1；P表示递推的均方误差矩阵，P的初始值同样设为1，即P(1)＝1；H(i)＝PE(i)×C(i‑1)′×(C(i‑1)×PE(i)×C(i‑1)′+R(i‑1))^‑1  (2)式(2)中，H表示增益矩阵，H(2)＝PE(2)×C(1)′×(C(1)×PE(2)×C(1)′+R(1))^‑1；C表示量测矩阵，C的初始值设为1，即C(1)＝1；R表示测量噪声矩阵，R的初始值设为1，即R(1)＝1；VTEC(i)＝A(i)×VTEC(i‑1)+H(i)×(VTEC_i‑C(i)*A(i)*VTEC(i‑1))  (3)式(3)中，VTEC(i)表示第i个递推的VTEC值，VTEC_i表示第i个实际的VTEC值；I＝eye(size(H(i))  (4)式(4)中，eye表示设定单一矩阵，size(H(i))表示求矩阵H(i)的维数；P(i)＝(I‑H(i)×C(i))×PE(i)  (5)(3)计算VTEC观测值和VTEC滤波值的差值序列及两者差值序列的均方差，构建VTEC异常检测统计量，计算方法为：Δ_i＝VTEC(i)‑VTEC_i  (6)式(6)中，Δ_i即为VTEC异常检测统计量，它表示VTEC预测值VTEC(i)和VTEC观测值VTEC_i的差值；σ表示Δ的均方差；$\sigma =\sqrt{\frac{{\mathrm{\Sigma \Delta }}^2}{n}}---\left(7\right)$式(7)中，σ表示Δ的均方差，n表示VTEC观测序列的数据量；将Δ作为统计量，进行电离层VTEC异常统计。取Δ加上k倍的σ为异常探测范围的上边界，Δ减去k倍的σ为下边界，其中k为探测系数；确定了VTEC异常探测上下边界就可以最终确定VTEC异常值，其中，VTEC观测值大于上边界则称为上边界异常；同样，观测值小于下边界则称为下边界异常，上下边界的计算如式(8)、(9)所示：${\mathrm{vtec}}_s=\bar{\Delta }+k·\sigma ---\left(8\right)$${\mathrm{vtec}}_x=\bar{\Delta }-k·\sigma ---\left(9\right)$公式(8)、(9)中，vtec_s表示VTEC上边界，vtec_x表示VTEC下边界，k表示探测系数，表示对Δ取平均值；(4)利用VTEC异常探测统计量，依据VTEC上边界和下边界进行VTEC异常探测与统计分析。