申请/专利权人：武汉大学

申请日：2022-07-12

公开（公告）日：2024-04-09

公开（公告）号：CN115078848B

主分类号：G01R29/08

分类号：G01R29/08

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.09#授权;2022.10.11#实质审查的生效;2022.09.20#公开

摘要：本发明公开了基于闪电信号的电离层无源被动探测方法，具体涉及闪电信号探测技术领域，包括如下步骤，S1.根据IGRF模型确定卫星所在位置的磁倾角与磁场强度，S2.由磁离子理论中的A‑H阿普顿‑哈特利公式，即电磁波在等离子体中传播的色散关系式，计算路径L上的折射率分布，S3.IRI模型和IGRF模型共同给出了A‑H公式中的X,Y,Z的值，S4.电离层进行垂直方向上的网格化,S5.利用观测值对状态预测值进行更新，得到更新后的状态分析值,S6.高斯误差协方差模型假设背景场数据之间高斯相关，其协方差正比于观测值的平方,S7.对IRI模型给出的电子密度剖面进行了调整修正,利用闪电信号这一自然源发射的VLF电磁波，通过卫星接收闪电信号的时间来对电离层进行被动探测，可降低成本。

主权项：1.基于闪电信号的电离层无源被动探测方法，其特征在于：包括如下步骤：S1.根据IGRF模型确定卫星所在位置的磁倾角与磁场强度，由此确定穿过卫星的磁力线路径，即卫星接收到的闪电VLF波在电离层中的传播路径L，假设传播路径中任一点的磁倾角为θ，磁场强度为B；S2.由磁离子理论中的A-H公式，即电磁波在等离子体中传播的色散关系式，计算路径L上的折射率分布： 其中n为折射率，为等离子体频率，me为电子质量，ε0为真空介电常量，为磁旋频率，γe＝1.82×1011e-0.15h为碰撞频率，h为高度，ω为闪电信号的角频率；S3.IRI模型和IGRF模型共同给出了A-H公式中的X,Y,Z的值，求闪电VLF波在电离层中传播路径上任一点的折射率n，由折射率与波的传播速度的关系表达式：v＝nrC,其中v为电磁波的传播速度，nr为折射率n的实部，C为光速；则波在路径上某一位置处的传播时间为：闪电VLF波在电离层中传播的总时间为:其中h1为电离层底部的高度，h为卫星高度，闪电VLF波在电离层中的传播时间与闪电信号的频率有关，可得闪电信号在电离层中传播的时频曲线；S4.对电离层进行垂直方向上的网格化，则在一个网格内两个不同频率闪电信号的传播时间差为：其中dh为该网格垂直方向的长度，则两个不同频率闪电信号在电离层中传播至卫星处的总时间差为：其中h1为电离层底部的高度，h为卫星高度；S5.当k+1时刻有预测值时，利用观测值对状态预测值进行更新，得到更新后的状态分析值：XK+1＝Hk+1Pk+1T[Hk+1Hk+1Pk+1T+Rk+1]-1，式中，是k+1时刻状态预测值： 其中Nen为电离层剖面第n个网格上IRI模型给出的电子密度值，式中，Hk+1是k+1时刻的观测算子，表示观测值和状态值之间的函数关系：Hk+1＝dh1,dh2,...,dhn，其中dhn表示第n个网格的长度，则表示两个不同频率闪电信号在电离层中总的传播时间差；是k+1时刻卫星接收频率为f1和f2的闪电信号时间差的观测值，上标0表示观测，式中，Kk+1是K+1时刻的增益矩阵，Pk+1是k+1时刻状态预测值的误差协方差矩阵：S6.高斯误差协方差模型假设背景场数据之间高斯相关，其协方差正比于观测值的平方，计算方法如下式所示：Bij＝σiσjρij，其中Bij为在电离层剖面两个不同网格中频率f1和f2频率的闪电信号传播时间差的误差协方差，ρij为相关系数，ηb为比例系数，lH为高度方向的相关长度，Hij是网格点间在高度方向上的距离；S7.利用k+1时刻观测值调制背景场，得到k+1时刻的两个不同频率闪电信号在网格中传播时间差的分析值，进而得到各网格点上的电子密度分析值，即对IRI模型给出的电子密度剖面进行了调整修正。

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权利要求：

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