本發(fā)明涉及磁場預(yù)測，尤其涉及一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、目前，隨著空間衛(wèi)星技術(shù)的不斷發(fā)展，越來越多的功能衛(wèi)星被投放到地球軌道上，都需要考慮變化地磁場的影響，如空間天氣的監(jiān)測和預(yù)報(bào)、地震預(yù)報(bào)的地磁方法、地磁導(dǎo)航與地磁尋的技術(shù)等。但是通常單純通過地面檢測儀器探測磁場會(huì)造成磁場預(yù)測不準(zhǔn)確。

2、因此，本發(fā)明提出了一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明提供一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，用以通過探測目標(biāo)空間的原始數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)特征化處理，包括遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和近場空間磁場特征數(shù)據(jù)，之后構(gòu)建空間模型匹配生成衛(wèi)星三維圖，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)完成對(duì)預(yù)測模型的訓(xùn)練。

2、一方面，本發(fā)明提供一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，包括：

3、配置模塊：確定檢測空間磁場的目標(biāo)空間區(qū)域，根據(jù)探測器獲取所述目標(biāo)空間區(qū)域的原始數(shù)據(jù)；

4、數(shù)據(jù)處理模塊：將原始數(shù)據(jù)預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)類型進(jìn)行特征化處理，得到不同類型的特征數(shù)據(jù)，包括遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和近場空間磁場特征數(shù)據(jù)；

5、模型構(gòu)建模塊：根據(jù)近場空間磁場特征數(shù)據(jù)構(gòu)建空間三維模型，并根據(jù)遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測特征數(shù)據(jù)判定三維矢量場的磁場偏差幅度程度，基于衛(wèi)星軌道的定軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲得原位數(shù)據(jù)；

6、預(yù)測模塊：將定軌衛(wèi)星原位數(shù)據(jù)代入空間三維模型中，訓(xùn)練學(xué)習(xí)模型，得到最終預(yù)測模型；

7、調(diào)整模塊：將實(shí)時(shí)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)代入最終預(yù)測模型中，驗(yàn)證模型指標(biāo)并調(diào)整。

8、另一方面，所述配置模塊，包括：

9、區(qū)域獲取單元：根據(jù)衛(wèi)星預(yù)設(shè)軌道，確定檢測的目標(biāo)空間區(qū)域地理位置的所有坐標(biāo)，根據(jù)所述所有坐標(biāo)確定目標(biāo)空間區(qū)域；

10、探測器單元：根據(jù)預(yù)設(shè)探測參數(shù)類型，在探測參數(shù)-探測器映射表中匹配對(duì)應(yīng)探測器類型，并根據(jù)探測器的使用說明書選擇安裝方式，基于目標(biāo)空間區(qū)域的檢測處地理環(huán)境安裝所有探測器。

11、另一方面，所述配置模塊，還包括：

12、配置單元：根據(jù)任一探測器對(duì)目標(biāo)空間區(qū)域的拍攝方式，預(yù)定探測器配置視場和采集參數(shù)；

13、數(shù)據(jù)采集單元：根據(jù)采集參數(shù)配置探測器并啟動(dòng)所有探測器，將采集到的所述目標(biāo)空間區(qū)域的原始數(shù)據(jù)通過無線通信傳輸?shù)降孛鏀?shù)據(jù)處理中心。

14、另一方面，所述數(shù)據(jù)處理模塊，包括：

15、數(shù)據(jù)預(yù)處理單元：根據(jù)地面數(shù)據(jù)處理中心采集目標(biāo)空間區(qū)域的原始數(shù)據(jù)，將任一參數(shù)類型數(shù)據(jù)的原始數(shù)據(jù)剔除噪聲和異常值，按照所述參數(shù)類型的標(biāo)準(zhǔn)單位z-score標(biāo)準(zhǔn)化處理，得到目標(biāo)空間區(qū)域的原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

16、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元：根據(jù)預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)字段搭建標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)，將目標(biāo)空間區(qū)域的所有原始數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)處理為預(yù)設(shè)標(biāo)準(zhǔn)字段后存入標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)中，并以數(shù)據(jù)id作為主鍵。

17、另一方面，所述數(shù)據(jù)處理模塊，還包括：

18、遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)單元：獲取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)任一參數(shù)類型的太陽標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，將獲取的所述太陽標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)按照時(shí)間邏輯順序進(jìn)行排序，并根據(jù)預(yù)設(shè)時(shí)間間隔進(jìn)行采樣，得到采樣數(shù)據(jù)集合，

19、使用傅里葉變換對(duì)采樣數(shù)據(jù)集合的任一采樣點(diǎn)進(jìn)行頻域轉(zhuǎn)化，得到頻域數(shù)據(jù)：

20、其中，xi表示第i個(gè)采樣點(diǎn)轉(zhuǎn)化后的頻域數(shù)據(jù)，xi表示第i個(gè)采樣點(diǎn)，xmax表示所述采樣數(shù)據(jù)集合中采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)的最大值，xave表示所述采樣數(shù)據(jù)集合的均值，ti表示第i個(gè)采樣點(diǎn)對(duì)應(yīng)的時(shí)間節(jié)點(diǎn)，·表示點(diǎn)積；

21、根據(jù)頻域數(shù)據(jù)構(gòu)成的頻域集合x，獲取所述頻域集合的頻域特征，所述頻域特征為遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)單元獲取的太陽標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)的特征值；

22、近場空間磁場數(shù)據(jù)單元：獲取標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)系統(tǒng)中的近場空間磁場數(shù)據(jù)任一參數(shù)類型的磁場標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，利用濾波器去除高頻噪聲，且對(duì)去除高頻噪聲的所述磁場標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)根據(jù)儀器進(jìn)行校準(zhǔn)，得到磁場數(shù)據(jù)；

23、構(gòu)建磁場標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)軸，將磁場數(shù)據(jù)按照地心太陽磁層坐標(biāo)系對(duì)應(yīng)添加到磁場標(biāo)準(zhǔn)坐標(biāo)軸中，構(gòu)成第一曲線；

24、根據(jù)第一曲線的任一點(diǎn)梯度，計(jì)算曲線整體梯度均值，所述曲線整體梯度均值為所述磁場數(shù)據(jù)的特征值。

25、另一方面，所述空間構(gòu)建模塊，包括：

26、三維模型構(gòu)建單元：將近場空間磁場的所有特征數(shù)據(jù)網(wǎng)格化處理，得到網(wǎng)格數(shù)據(jù)，基于網(wǎng)格數(shù)據(jù)創(chuàng)建磁場的三維矢量場，顯示磁場的強(qiáng)度和方向；

27、衛(wèi)星定軌單元：利用太陽活動(dòng)監(jiān)測特征數(shù)據(jù)獲取對(duì)地球磁場的擾動(dòng)系數(shù)，判定三維矢量場的磁場偏差幅度程度，基于衛(wèi)星軌道的定軌數(shù)據(jù)獲得衛(wèi)星原位數(shù)據(jù)。

28、另一方面，所述預(yù)測模塊，包括：

29、數(shù)據(jù)集單元：獲取歷史數(shù)據(jù)庫中的衛(wèi)星原位歷史數(shù)據(jù)，劃分為訓(xùn)練集，將定軌衛(wèi)星原位數(shù)據(jù)劃分為測試集；

30、模型訓(xùn)練單元：使用訓(xùn)練集對(duì)學(xué)習(xí)模型按照預(yù)設(shè)迭代次數(shù)進(jìn)行迭代訓(xùn)練，得到第一模型；利用測試集驗(yàn)證第一模型的模型參數(shù)并進(jìn)行調(diào)整，得到最終預(yù)測模型。

31、另一方面，所述調(diào)整模塊，包括：

32、驗(yàn)證單元：獲取實(shí)時(shí)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)，將所述實(shí)時(shí)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)代入最終預(yù)測模型中，得到衛(wèi)星周邊磁場預(yù)測結(jié)果，將衛(wèi)星周邊磁場預(yù)測結(jié)果與實(shí)時(shí)獲取的磁場進(jìn)行對(duì)比，計(jì)算磁場偏差；

33、調(diào)整單元：若所述磁場偏差大于預(yù)設(shè)偏差，基于實(shí)時(shí)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)重新訓(xùn)練最終預(yù)測模型，調(diào)整模型超參數(shù)和性能指標(biāo)，反之，所述最終預(yù)測模型不需要調(diào)整；調(diào)整后根據(jù)最終預(yù)測模型實(shí)時(shí)預(yù)測與報(bào)警。

34、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果為：

35、本發(fā)明提供一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，用以通過探測目標(biāo)空間的原始數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)特征化處理，包括遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和近場空間磁場特征數(shù)據(jù)，之后構(gòu)建空間模型匹配生成衛(wèi)星三維圖，并通過機(jī)器學(xué)習(xí)完成對(duì)預(yù)測模型的訓(xùn)練。

技術(shù)特征：

1.一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述配置模塊，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述配置模塊，還包括：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊，包括：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述數(shù)據(jù)處理模塊，還包括：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述空間構(gòu)建模塊，包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述預(yù)測模塊，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng)，其特征在于，所述調(diào)整模塊，包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種空間磁場短期預(yù)測系統(tǒng),屬于磁場預(yù)測技術(shù)領(lǐng)域；包括：配置模塊：確定檢測空間磁場的目標(biāo)空間區(qū)域，根據(jù)探測器獲取所述目標(biāo)空間區(qū)域的原始數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)處理模塊：將原始數(shù)據(jù)預(yù)處理標(biāo)準(zhǔn)化，得到標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)，對(duì)所述標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)按照數(shù)據(jù)類型進(jìn)行特征化處理，得到不同類型的特征數(shù)據(jù)，包括遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測數(shù)據(jù)和近場空間磁場特征數(shù)據(jù)；模型構(gòu)建模塊：根據(jù)近場空間磁場特征數(shù)據(jù)構(gòu)建空間三維模型，并根據(jù)遠(yuǎn)場太陽活動(dòng)監(jiān)測特征數(shù)據(jù)判定三維矢量場的磁場偏差幅度程度，基于衛(wèi)星軌道的定軌衛(wèi)星數(shù)據(jù)獲得原位數(shù)據(jù)；預(yù)測模塊：將定軌衛(wèi)星原位數(shù)據(jù)代入空間三維模型中，訓(xùn)練學(xué)習(xí)模型，得到最終預(yù)測模型；調(diào)整模塊：將實(shí)時(shí)獲取的衛(wèi)星數(shù)據(jù)代入最終預(yù)測模型中，驗(yàn)證模型指標(biāo)并調(diào)整。提高磁場預(yù)測準(zhǔn)確度。

技術(shù)研發(fā)人員：彭忠,肖琦,高揚(yáng),黃魁,陳金剛,代佳龍,唐小金,張超,王斌,徐超群,張紹華,張薇
受保護(hù)的技術(shù)使用者：北京衛(wèi)星環(huán)境工程研究所
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/9