垂直探测电离图F层描迹自动判读方法的研究

论文摘要

电离层探测研究是近地空间环境研究的重要内容,对电波通信及环境监测有着重要意义。随着探测技术的发展和设备的不断更新,探测得到的电离层数据量变得非常巨大,并且电离层监测与预报工作对电离层探测数据的实时性提出了更高的要求,传统的人工判读模式已经不能满足实际需要。由此,垂直探测电离图的自动度量就成了电离层观测研究的重要内容,长期得到电离层研究者的关注。本文在介绍电离层探测相关内容的基础上,借鉴国内外已有电离图自动度量方法,提出了以电离层描迹的几何形态和空间位置特征为依据,利用图像识别算法进行F层描迹定位提取和参数判读的方法。主要工作包括:1.系统介绍了电离层探测相关知识,给出了垂直探测电离图的参数定义,并对现有判读方法进行了总结分析,为本文方法的研究奠定了基础。根据对电离层基础内容的分析,明确了本课题的工作目标及意义,并提出了本文判读方法的整体流程。算法流程主要分为电离图F层描迹提取和电离图F层描迹判读两部分。2.根据对垂直探测电离图的分析,指出电离图参数判读的关键是能够对电离图描迹进行准确定位和识别。讨论了电离图F层描迹定位和提取的算法,步骤包括基于阈值滤波和形态学平滑滤波的电离图预处理,基于电离层目标频率范围划分和连通分量标记的目标标定及依据描迹形态特征利用在F层描迹主轴方向的投影积分来提取F层描迹。3.针对上步提取算法得到的F层描迹的形态特征,讨论了F层描迹各组成部分的识别和参数判读算法,步骤包括基于扩散偏微分方程和数学形态学描迹去噪,基于图像骨架和关键点检测的F层描迹主体寻常波与非寻常波的识别和参数度量及基于形态学的方向性增强和Radon变换直线检测的F层临界频率度量。本文利用大量实际探测数据分别对F层描迹提取和F层参数判读两个算法进行了实验验证,实验结果表明了所提算法的有效性和可行性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题研究背景与意义
• 1.2 国内外研究发展动态
• 1.3 本文工作安排
• 2 电离层探测相关知识
• 2.1 电离层基础知识
• 2.1.1 电离层形成与变化机制
• 2.1.2 电离层状态影响因素
• 2.1.3 电离层分层结构
• 2.2 电离层探测方法及原理
• 2.3 垂直探测电离图
• 2.4 本文算法整体流程
• 2.5 本章小结
• 3 电离图 F 层描迹自动提取
• 3.1 图像预处理
• 3.1.1 阈值分割
• 3.1.2 形态学处理
• 3.2 目标标定
• 3.2.1 目标频率范围标定
• 3.2.2 连通分量标记
• 3.3 F 层描迹提取
• 3.3.1 F 层描迹主体
• 3.3.2 模糊F 区
• 3.3.3 F 层描迹提取
• 3.4 实验分析
• 3.5 本章小结
• 4 电离图 F 层描迹自动判读
• 4.1 F 层描迹去噪
• 4.1.1 基于扩散偏微分方程的图像增强
• 4.1.2 结合形态学算法去噪
• 4.2 F 层描迹主体参数判读
• 4.2.1 骨架化
• 4.2.2 骨架修剪
• 4.2.3 主体描迹O/X 波的划分
• 4.2.4 主体O 波描迹F1/F2 层划分与参数度量
• 4.3 F2 层临界频率读取
• 4.4 实验分析
• 4.5 本章小结
• 5 总结与展望
• 5.1 总结
• 5.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果