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基于支持向量机的地球同步轨道相对论电子事件预报方法研究

王任重  
【摘要】:相对论电子通量增强事件是磁层常见的危害最大的灾害性空间天气现象,是造成地球同步轨道卫星故障的主要因素之一,相对论电子也被称为“杀手电子”。因此,准确的预报地球同步轨道区域相对论电子事件对航天器在轨安全具有重大意义。同时,相对论电子事件的预报也是空间环境预报的一个重要组成部分。 基于现有的对于相对论电子事件统计规律、理论机制以及预报方法的大量研究成果,本文采用了近年来被广泛应用的支持向量机方法(SVM)作为数学工具,建立针对同步轨道的相对论电子事件预报模型。本文利用平均影响值方法(MIV),研究了太阳风、行星际磁场和地磁指数等参数与相对论电子通量的相关性,并以此为依据筛选出模型的输入参量。这些参量包括:前一日的电子日积分通量、太阳风速度、太阳风密度、Dst指数和前二日的AE指数平均值。此外,针对现有模型预报对象大多为相对论电子通量的特点,本文从实际应用的角度出发,一方面以未来一天同步轨道2MeV的电子日积分通量为预报对象,另一方面根据相对论电子通量对卫星安全的影响程度对事件强度进行分级,并以事件的级别作为预报对象。这两个预报对象分别对应着两个子模型:回归模型和分类模型。 分别针对太阳活动高年和低年进行了测试预报,结果表明,回归模型的预报效率分别为0.67和0.70,可以较好的反映出相对论电子事件演化的趋势,预报精度优于BP神经网络模型,与投入实际使用的径向扩散模型和REFM模型效果相当。分类模型的准确率分别为83%和82%。相对于回归模型,分类模型的精度更高、对事件状态的预报也更准确。综上,SVM预报模型对相对论电子事件有较好的预报效果,具有实际应用价值,也为预报相对论电子事件提供了新的思路。


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