ICS35.240CCSL7014IDB14/T3445—2025DB14/T3445—2025前言 2規(guī)范性引用文件 3術(shù)語和定義 4縮略語 25概述 26特征因素及獲取方法 37預(yù)測評估 38結(jié)果應(yīng)用 4參考文獻 6DB14/T3445—2025本文件按照GB/T1.1—2020《標(biāo)準(zhǔn)化工作導(dǎo)則第1部分：標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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。本文件主要起草人：李燈熬、趙菊敏、程俊兵、王黎明、趙剛、馬強、畢玉、王娟、毋凡銘、降海榮、史丹陽、馮然、趙錦華、張馨方。DB14/T3445—20251人工智能電離層電子總含量(TEC)預(yù)測技術(shù)應(yīng)用指南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。2規(guī)范性引用文件下列文件中的內(nèi)容通過文中的規(guī)范性引用而構(gòu)成本文件必不可少的條款。其中，注日期的引用文件，僅該日期對應(yīng)的版本適用于本文件；不注日期的引用文件，其最新版本（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3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。3.1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)域。[來源：GB/T31158-2014,2.1]3.2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=10/m。[來源：GB/T31158-2014,2.2,有修改]3.3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)。3.4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。3.5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。），DB14/T3445—202524縮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(biāo)準(zhǔn)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）5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。因此，獲取特征因素、通過特征選擇并按照設(shè)定的算法可以進行TEC的預(yù)測和指標(biāo)確定等活動，從而預(yù)測電離層中TEC總量。電離層TEC預(yù)測技術(shù)及應(yīng)用如圖1所示。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：a)獲取特征因素；b)特征選擇；c)TEC預(yù)測；d)確定指標(biāo)；e)輸出應(yīng)用結(jié)果。通過使用TEC預(yù)測技術(shù)，可以有效地為民用導(dǎo)航和無線通信等提供電離層誤差的修正、算法的優(yōu)化、通信頻率的選擇、通信故障的預(yù)防等。DB14/T3445—202536特征因素及獲取方法6.1特征因素影響TEC預(yù)測的主要特征因素如表1所示，除此之外還可能有各類特征的衍生數(shù)據(jù)，可以根據(jù)具體情況選擇。表1特征因素行星際3小時指數(shù)6.2獲取方法6.1中的特征因素通常是使用GNSS數(shù)據(jù)處理軟件（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。7預(yù)測評估7.1特征選擇對特征因素進行特征選擇時，需要考慮特征因素與預(yù)測目標(biāo)的相關(guān)性。特征選擇方法可以選擇如隨機森林、支持向量機等單一或集成方法，主要是通過分析相關(guān)性來評估特征的重要性，最終獲得最優(yōu)特征。7.2TEC預(yù)測對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。7.3指標(biāo)確定7.3.1相關(guān)指標(biāo)統(tǒng)計學(xué)中有多類指標(biāo)能夠用于描述和評估預(yù)測技術(shù)的性能和準(zhǔn)確度，TEC預(yù)測技術(shù)可以使用皮爾遜相關(guān)系數(shù)和決定系數(shù)作為預(yù)測評估的指標(biāo)，前者能夠解釋變量間是否存在潛在的相關(guān)關(guān)系，后者則是評估預(yù)測技術(shù)優(yōu)劣的重要依據(jù)。7.3.2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)：DB14/T3445—20254式中：n——數(shù)據(jù)量；i——第i個數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果；yi——第i個數(shù)據(jù)的實際值；y——預(yù)測結(jié)果的平均值；7.3.3決定系數(shù)決定系數(shù)R2能夠衡量預(yù)測結(jié)果與實際值之間的一致性，見公式(2)：R2=1一式中：n——數(shù)據(jù)量；i——第i個數(shù)據(jù)的預(yù)測結(jié)果；yi——第i個數(shù)據(jù)的實際值；8結(jié)果應(yīng)用8.1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2TEC預(yù)測技術(shù)適用條件PR2PR2），8.2應(yīng)用場景8.2.1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：a)修正電離層誤差：1)預(yù)測電離層的電子總含量變化；DB14/T3445—202552)估算出電離層對導(dǎo)航信號的延遲；3)修正接收到的信號；4)消除電離層延遲誤差且提高定位精度。b)優(yōu)化導(dǎo)航算法：1)優(yōu)化導(dǎo)航系統(tǒng)的定位算法；2)處理到電離層活動較為劇烈時的導(dǎo)航信號；3)降低電離層對定位的影響。c)輔助地面定位：1)提供電離層狀態(tài)信息(向地面基站)；2)輔助基站準(zhǔn)確計算信號傳播時間；3)實現(xiàn)更精確、更穩(wěn)定的定位；4)更新并優(yōu)化預(yù)測結(jié)果。8.2.2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：a)選擇通信頻率：1)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）；2)減少電離層對通信的干擾。b)優(yōu)化通信質(zhì)量：1)預(yù)測電離層對通信信號的影響程度；2)調(diào)整通信系統(tǒng)的參數(shù)（如功率、調(diào)制方式等）。c)預(yù)防通信故障：1)預(yù)測波動事件的發(fā)生時間；2)采取預(yù)防措施（如增加備份通信鏈路、調(diào)整通信策略等）；3)降低通信故障的風(fēng)險。d)規(guī)劃網(wǎng)絡(luò)設(shè)計：1)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）；2)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；3)提高網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍和通信質(zhì)量。DB14/T3445—20256參考文獻[1]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(06):847-854.[2]楊鼎,方涵先,楊升高,等.磁暴期間全球TEC擾動特性分析[J].空間科學(xué)學(xué)報,2017,37(05):524-530.[3]Fejer,B.G.,E.R.dePaula,S.A.González,etal.AverageverticalandzonalFregionplasmadriftsoverJicamarca[J].JournalofGeophysicalResearchAtmospheres,1991,96(A8):13901-13906.[4]ZhaoJ,RenB,WuF,etal.TECX-TCN:Pre