一种基于射电流量的太阳耀斑预报方法

1.本发明属于太阳耀斑预报技术领域，具体涉及一种基于射电流量的太阳耀斑预报方法。


背景技术：

2.太阳耀斑是指发生在太阳表面局部区域中突然和大规模的能量释放过程.它是空间环境的主要扰动源，对地球空间环境造成很大影响.太阳耀斑预报是空间天气预报的重要组成部分。
3.太阳大气中充满着磁场，磁场结构越复杂，越容易储存更多的磁能。当储存在磁场中的磁能过多时，会通过太阳爆发活动释放能量，太阳耀斑即是太阳爆发活动的一种形式。长期的观测发现，大多数耀斑都发生在黑子群的上空，且黑子群的结构和磁场极性越复杂，发生大耀斑的几率越高。平均而言，一个正常发展的黑子群几乎几小时就会产生一个耀斑，不过真正对地球有强烈影响的耀斑则很少。
4.现有的耀斑预报主要以经验预报为主，模型预报为辅，预报模型需要首先提取活动区的参量以刻画活动区的特性，将提取的活动区参量作为预报模型的输入，进而给出预报结果，对太阳耀斑发生的物理机制还不是十分明确，人为地构造活动区的参量具有一定的困难，而且已经提取的活动区参量并未达到理想的预报能力，的问题，为此我们提出一种基于射电流量的太阳耀斑预报方法。


技术实现要素：

5.本发明的目的在于提供一种基于射电流量的太阳耀斑预报方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
6.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种基于射电流量的太阳耀斑预报方法，包括以下步骤：
7.s1、采集太阳射电流量信号；
8.s2、建立预报模型：采用太阳射电流量信号从观测数据中提取特征，并预报该活动区是否产生太阳耀斑；
9.s3、输出耀斑的发生概率；
10.所述太阳射电流量信号采集包括以下步骤：
11.所述采集太阳射电信号，利用加窗函数对太阳射电信号进行截断处理，得到若干段信号；分别对每段信号进行fft变换，将时域太阳射电信号转换成频域太阳射电信号；采用离散频谱校正方法对频域太阳射电信号进行修正；判断修正后的频域太阳射电信号是否达到求和设定值；若达到，则对频域太阳射电信号进行频谱分析，并以频谱图、动态频谱图或射电流量曲线图的形式显示分析结果；
12.所述建立预报模型包括光学耀斑模型和x射线耀斑模型。
13.优选的，所述太阳射电流量监测信号采集包括馈源、恒温室外前端、室内下变频信
道、ad采集传输单元、主控计算机、室内外智能电源和gps授时系统。
14.优选的，所述馈源的输出端接恒温室外前端的输入端，恒温室外前端的输出端接室内下变频信道的输入端，室内下变频信道的输出端接ad采集传输单元的输入端，ad采集传输单元及gps授时系统的输出端均接主控计算机的输入端，主控计算机的输出端分别接馈源、室内下变频信道及室内外智能电源的控制端。
15.优选的，所述馈源为天线接收系统，用于跟踪太阳、接收太阳信号；
16.所述恒温室外前端，用于将馈源接收的太阳信号进行限幅与放大；
17.所述室内下变频信道，用于将恒温室外前端处理后的太阳信号下变频；
18.所述ad采集传输单元，用于将室内下变频信道处理后的太阳信号转换成数字信号；
19.所述主控计算机，用于将ad采集传输单元处理后的太阳信号实时显示、存储，同时对馈源、室内下变频信道及室内外智能电源进行控制；
20.所述室内外智能电源，用于为恒温室外前端及室内下变频信道供电；
21.所述gps授时系统，用于进行系统校时。
22.优选的，所述馈源通过同轴电缆线与恒温室外前端相连，恒温室外前端通过低插入损耗的同轴电缆线与室内下变频信道相连，室内下变频信道通过同轴电缆线与ad采集传输单元相连，室内外智能电源通屏蔽电缆线与室外恒温前端相连，室内外恒温智能电源通过三相电源线与室内下变频信道相连。
23.优选的，所述主控计算机通过pci-e总线与ad采集传输单元相连，主控计算机通过rs485总线分别与馈源、室内外智能电源相连，主控计算机通过rs232总线分别与室内下变频信道、gps授时系统相连。
24.优选的，获取活动区太阳射电流量信号的原始数据，获取太阳耀斑样本的步骤；确定太阳耀斑强度的步骤；将所述数据按照时间分为训练数据和测试数据，并将活动区的观测数据转化为图像；保留训练数据中所有的耀斑样本，并从非耀斑样本中随机选择与耀斑样本数量相同的非耀斑样本，组成新的两类平衡的训练数据集。
25.优选的，所述太阳耀斑强度由指定时间段内发生的太阳耀斑的加权和确定，太阳耀斑根据强度分为光学耀斑、太阳耀斑x射线耀斑、太阳耀斑质子耀斑和太阳耀斑白光耀斑。
26.优选的，所述活动区是否产生大于一定阈值的太阳耀斑的预报，本身是正类又被正确地预测为正类的样本被称为正确的肯定；本身是负类又被正确地预测为负类的样本被称为正确的否定；本身是正类又被错误地预测为负类的样本被称为错误的否定；本身是负类又被错误地预测为正类的样本被称为错误的肯定。
27.优选的，所述太阳耀斑预报还包括评价预报模型的步骤。
28.与现有技术相比，本发明的有益效果是：
29.1.本发明配合对太阳射电流量的自动监测，可以对太阳射电流量监测过程中的测试数据进行自动保存及实时显示处理，从而满足当前空间环境预报中对耀斑预报级别和概率输出的实际需求，同时可利用太阳射电流量的预报实现全日面的爆发预测，为深空空间环境的保障安全提供指导。
30.2.本发明通过利用新建立的太阳耀斑预报模型，大大地降低了人为因素对预报的
影响和预报模型的应用难度，提高了预报模型的应用范围，在监测过程中无需人为操作，具有较强的实用性。
附图说明
31.图1为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
33.请参阅图1，本发明提供一种技术方案：一种基于射电流量的太阳耀斑预报方法，包括以下步骤：
34.s1、采集太阳射电流量信号：太阳射电流量信号采集包括以下步骤：采集太阳射电信号，利用加窗函数对太阳射电信号进行截断处理，得到若干段信号；分别对每段信号进行fft变换，将时域太阳射电信号转换成频域太阳射电信号；采用离散频谱校正方法对频域太阳射电信号进行修正；判断修正后的频域太阳射电信号是否达到求和设定值；若达到，则对频域太阳射电信号进行频谱分析，并以频谱图、动态频谱图或射电流量曲线图的形式显示分析结果；
35.太阳射电流量监测信号采集包括馈源、恒温室外前端、室内下变频信道、ad采集传输单元、主控计算机、室内外智能电源和gps授时系统，馈源的输出端接恒温室外前端的输入端，恒温室外前端的输出端接室内下变频信道的输入端，室内下变频信道的输出端接ad采集传输单元的输入端，ad采集传输单元及gps授时系统的输出端均接主控计算机的输入端，主控计算机的输出端分别接馈源、室内下变频信道及室内外智能电源的控制端，馈源的输出端接恒温室外前端的输入端，恒温室外前端的输出端接室内下变频信道的输入端，室内下变频信道的输出端接ad采集传输单元的输入端，ad采集传输单元及gps授时系统的输出端均接主控计算机的输入端，主控计算机的输出端分别接馈源、室内下变频信道及室内外智能电源的控制端；馈源为天线接收系统，用于跟踪太阳、接收太阳信号；恒温室外前端，用于将馈源接收的太阳信号进行限幅与放大；室内下变频信道，用于将恒温室外前端处理后的太阳信号下变频；ad采集传输单元，用于将室内下变频信道处理后的太阳信号转换成数字信号；主控计算机，用于将ad采集传输单元处理后的太阳信号实时显示、存储，同时对馈源、室内下变频信道及室内外智能电源进行控制；室内外智能电源，用于为恒温室外前端及室内下变频信道供电；gps授时系统，用于进行系统校时；馈源通过同轴电缆线与恒温室外前端相连，恒温室外前端通过低插入损耗的同轴电缆线与室内下变频信道相连，室内下变频信道通过同轴电缆线与ad采集传输单元相连，室内外智能电源通屏蔽电缆线与室外恒温前端相连，室内外恒温智能电源通过三相电源线与室内下变频信道相连；主控计算机通过pci-e总线与ad采集传输单元相连，主控计算机通过rs485总线分别与馈源、室内外智能电源相连，主控计算机通过rs232总线分别与室内下变频信道、gps授时系统相连；
36.s2、建立预报模型：建立预报模型包括光学耀斑模型和x射线耀斑模型；采用太阳
射电流量信号从观测数据中提取特征，并预报该活动区是否产生太阳耀斑，获取活动区太阳射电流量信号的原始数据；获取太阳耀斑样本的步骤；确定太阳耀斑强度的步骤；将数据按照时间分为训练数据和测试数据，并将活动区的观测数据转化为图像；保留训练数据中所有的耀斑样本，并从非耀斑样本中随机选择与耀斑样本数量相同的非耀斑样本，组成新的两类平衡的训练数据集；太阳耀斑强度由指定时间段内发生的太阳耀斑的加权和确定，太阳耀斑根据强度分为光学耀斑、太阳耀斑x射线耀斑、太阳耀斑质子耀斑和太阳耀斑白光耀斑；
37.从上述描述可知，本发明具有以下有益效果：本发明配合对太阳射电流量的自动监测，可以对太阳射电流量监测过程中的测试数据进行自动保存及实时显示处理，从而满足当前空间环境预报中对耀斑预报级别和概率输出的实际需求，同时可利用太阳射电流量的预报实现全日面的爆发预测，为深空空间环境的保障安全提供指导。
38.s3、输出耀斑的发生概率：活动区是否产生大于一定阈值的太阳耀斑的预报，本身是正类又被正确地预测为正类的样本被称为正确的肯定；本身是负类又被正确地预测为负类的样本被称为正确的否定；本身是正类又被错误地预测为负类的样本被称为错误的否定；本身是负类又被错误地预测为正类的样本被称为错误的肯定；
39.太阳耀斑预报还包括评价预报模型的步骤。
40.采用上述技术方案，本发明通过利用新建立的太阳耀斑预报模型，大大地降低了人为因素对预报的影响和预报模型的应用难度，提高了预报模型的应用范围，在监测过程中无需人为操作，具有较强的实用性。
41.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
42.以上所述，仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域普通技术人员对本发明的技术方案所做的其它修改或者等同替换，只要不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。