ICS35.24014CCSL7014山 西 省 地 方 標 準DB14/T3445—2025人工智能電離層電子總含量(TEC)預(yù)測技術(shù)應(yīng)用指南2025-05-07發(fā)布 2025-08-07實施山西省市場監(jiān)督管理局??發(fā)布DB14/T3445DB14/T3445—2025PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANIII目 次前言 III范圍 1規(guī)范性引用文件 1術(shù)語和定義 1縮略語 2概述 2特征因素及獲取方法 3預(yù)測評估 3結(jié)果應(yīng)用 4參考文獻 6前 言本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導(dǎo)則 第1部分：標準化文件的結(jié)構(gòu)和起草規(guī)則》的規(guī)定起草。請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構(gòu)不承擔(dān)識別專利的責(zé)任。本文件由山西省工業(yè)和信息化廳提出、組織實施和監(jiān)督檢查。山西省市場監(jiān)督管理局對本文件的組織實施情況進行監(jiān)督檢查。本文件由山西省物聯(lián)網(wǎng)和人工智能標準化技術(shù)委員會（SXS/TC22）歸口。本文件起草單位：太原理工大學(xué)、中北大學(xué)、北方自動控制技術(shù)研究所。DB14/T3445DB14/T3445—2025PAGEPAGE3人工智能電離層電子總含量(TEC)預(yù)測技術(shù)應(yīng)用指南范圍本文件給出了電離層中電子總含量預(yù)測的特征因素及獲取方法、預(yù)測評估及結(jié)果應(yīng)用等的指導(dǎo)。本文件適用于民用導(dǎo)航中電離層誤差的修正和算法的優(yōu)化，以及無線通信中通信頻率的選擇、通信故障的預(yù)防等。規(guī)范性引用文件（包括所有的修改單適用于本文件。GB/T31158-2014 電離層電子總含量（TEC）擾動分級術(shù)語和定義

GB/T31158-2014界定的以及下列術(shù)語和定義適用于本文件。電離層地球大氣中高度范圍大約在60km～1000km、存在大量自由電子、足以顯著影響無線電波傳播的區(qū)[來源：GB/T31158-2014,2.1]電子總含量一定電離層高度上單位面積內(nèi)的總自由電子含量，代表了單位面積內(nèi)沿高度方向的電子濃度積分。注：總電子含量的單位為TECU，1TECU=1016/m2。[來源：GB/T31158-2014,2.2,有修改]皮爾遜相關(guān)系數(shù)衡量兩個變量之間的線性相關(guān)程度。注：其值介于-1和+1之間，+1表示完全正相關(guān)，-1表示完全負相關(guān)，0表示無相關(guān)。決定系數(shù)衡量回歸模型對數(shù)據(jù)集的擬合優(yōu)度。注：其值最大為1，最小為0，當(dāng)值越接近于1，則說明模型越好。太陽F10.7指數(shù)太陽10.7cm波長（2800MHz）的射電輻射通量，表征太陽活動水平。注：單位為“太陽通量單位”（sfu），其取值的范圍在60到300之間?？s略語下列縮略語適用于本文件。AE：極光電集流指數(shù)（AuroralElectrojets）Dst：磁暴環(huán)電流指數(shù)（Disturbancestormtime）LT：當(dāng)?shù)貢r間（LocalTime）GNSS：全球衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)（GlobalNavigationSatelliteSystem）RTKLIB：全球?qū)Ш叫l(wèi)星系統(tǒng)GNSS的標準和精密定位開源程序包（Real-TimeKinematicLIBrary）SSN：太陽黑子數(shù)（SunSpotNumber）TEC：電離層電子總含量（TotalElectronContent）概述影響電離層TEC變化的主要因素包括但不限于：——太陽活動；——地磁活動；——時間；——位置。TECTECTEC1圖1 電離層TEC預(yù)測技術(shù)及應(yīng)用TEC預(yù)測技術(shù)的基本流程包括：獲取特征因素；特征選擇；TEC確定指標；輸出應(yīng)用結(jié)果。TEC特征因素及獲取方法特征因素影響TEC預(yù)測的主要特征因素如表1表1 特征因素監(jiān)測指標描述太陽活動指標F10.7太陽10.7cm波長（2800MHz）的極端紫外輻射通量指數(shù)SSN太陽黑子數(shù)地磁活動指標Dst赤道磁暴環(huán)電流指數(shù)，反映磁暴的強烈程度Kp行星際3小時指數(shù)Ap3小時等效地磁擾動幅度AE極光電集流指數(shù)，描述極光地帶的地磁擾動程度時間指標LT當(dāng)?shù)貢r間位置指標Latitude緯度獲取方法6.1中的特征因素通常是使用GNSS（如RTKLIB等對雙頻GNSS觀測數(shù)據(jù)進行處理獲得，可從中國氣象局、國家空間科學(xué)中心等官方部門公開獲取。預(yù)測評估特征選擇TEC對TEC序列進行預(yù)測時，需要將經(jīng)過特征選擇后的特征因素輸入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)或算法。預(yù)測方法可以選擇如時間卷積網(wǎng)絡(luò)、長短期記憶網(wǎng)絡(luò)等方法，主要是捕捉電離層特征因素的非線性變化，最終獲得TEC預(yù)測結(jié)果。指標確定相關(guān)指標統(tǒng)計學(xué)中有多類指標能夠用于描述和評估預(yù)測技術(shù)的性能和準確度，TEC預(yù)測技術(shù)可以使用皮爾遜皮爾遜相關(guān)系數(shù)皮爾遜相關(guān)系數(shù)?能夠評估預(yù)測結(jié)果與實際值之間的線性相關(guān)程度，見公式(1)：? ??^???ˉ?= ?1 ·()? ??^2? ?ˉ2式中：n——數(shù)據(jù)量；i——第i個數(shù)據(jù)的實際值；^ˉ

?1

?1決定系數(shù)決定系數(shù)?2能夠衡量預(yù)測結(jié)果與實際值之間的一致性，見公式(2)：? ?ˉ? ??? ?ˉ? ???1式中：n——數(shù)據(jù)量；i——第i個數(shù)據(jù)的實際值；ˉ結(jié)果應(yīng)用適用條件太陽活動對電離層變化產(chǎn)生重大影響，根據(jù)太陽F10.7指數(shù)的數(shù)值范圍，將太陽活動強度進行分類：F10.7＜100sfu代表低太陽活動水平，F(xiàn)10.7＞150sfu代表高太陽活動水平。TEC預(yù)測技術(shù)能夠初步嘗試應(yīng)用于民用導(dǎo)航、無線通信等場景時，在不同太陽活動水平下技術(shù)性能要求如表2所示：表2 TEC預(yù)測技術(shù)適用條件太陽活動年指標名稱指標值低太陽活動年?≥0.87?2≥0.81高太陽活動年?≥0.84?2≥0.80注：地磁暴期間（Dst<-100nT），需額外驗證應(yīng)用場景民用導(dǎo)航TEC預(yù)測技術(shù)在民用導(dǎo)航方面的應(yīng)用包括但不限于：修正電離層誤差：預(yù)測電離層的電子總含量變化；估算出電離層對導(dǎo)航信號的延遲；修正接收到的信號；消除電離層延遲誤差且提高定位精度。優(yōu)化導(dǎo)航算法：優(yōu)化導(dǎo)航系統(tǒng)的定位算法；處理到電離層活動較為劇烈時的導(dǎo)航信號；降低電離層對定位的影響。輔助地面定位：提供電離層狀態(tài)信息(向地面基站)；輔助基站準確計算信號傳播時間；實現(xiàn)更精確、更穩(wěn)定的定位；更新并優(yōu)化預(yù)測結(jié)果。無線通信TEC預(yù)測技術(shù)在無線通信方面的應(yīng)用包括但不限于：選擇通信頻率：輔助通信系統(tǒng)選擇合適的通信頻率（如電離層活動劇烈時選擇更高頻段的信號）；減少電離層對通信的干擾。優(yōu)化通信質(zhì)量：預(yù)測電離層對通信信號的影響程度；調(diào)整通信系統(tǒng)的參數(shù)（如功率、調(diào)制方式等）。預(yù)防通信故障：預(yù)測波動事件的發(fā)生時間；采取預(yù)防措施（如增加備份通信鏈路、調(diào)整通信策略等）；降低通信故障的風(fēng)險。規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：提供規(guī)劃和設(shè)計的重要參考（如衛(wèi)星通信網(wǎng)絡(luò)、地面移動通信網(wǎng)絡(luò)等）；輔助合理布局通信基站或衛(wèi)星、優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)等；提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和通信質(zhì)量。參 考 文 獻李涌濤,李建文,代桃高,等.太陽活動對電離層TEC變化影響分析[J].空間科學(xué)學(xué)報,2018,38(06847-854.TEC擾動特性分析[J].空間科學(xué)學(xué)報,2017,37(05):524-530.Fejer,B.G.,E.R.dePaula,S.A.González,etal.AverageverticalandzonalFregionplasmadriftsoverJicamarca[J].JournalofGeophysicalResearchAtmospheres,1991,96(A8):13901-13906.ZhaoJ,RenB,WuF,etal.TECX-TCN:Predictionofionosphericto