基于图像处理的频高图F2层描迹自动解译研究

摘要

电离层作为大气中电动力学特征较为明显的一部分,一方面阻挡了紫外线辐射和高能量离子的直接作用,同时反射内部从地球表面发射的低频信号,实现了地面远距离通信;另一方面,无线电波穿过电离层后发生折射和散射,对以无线电波传输为基础的现代无线电通信技术和航空航天等宇宙探测活动有着十分重要的影响。在电离层变化剧烈的时期,地面通信、GPS导航和卫星等都会受到不同程度的影响甚至是破坏。因此,作为大气层空间环境的重要组成部分,电离层的研究具有十分重要的意义。
　　以往对电离层频高图的度量工作都是由人工完成,人工判读无法像频高仪那样24小时实时监测,数据量之大需要花费大量的人力物力,本文就是基于现有的度量规则和数字图像处理技术探索并设计出一种频高图自动度量方法,以提高判读速递,减少人力消耗。主要工作包括:
　　1、系统地介绍了电离层垂直测量的相关知识,给出分层的结构特点和各层参数的数学意义,并对现有的自动判读方法进行总结归纳,为本文算法的设计奠定基础。提出频高图自动判读的重要性和现实意义所在,明确本文的目标并设计算法流程。
　　2、通过对现有判读方法的分析,结合图像预处理知识,拟定频高图预处理方案:针对图像噪声干扰较多的特点,选择适当的滤波器滤波除噪,使用最大类间方差法将图像二值化,为后续处理做好准备;利用频高图自身结构特点将E区和F区分离;分离后的F层主描迹断点较多,通过膨胀将断点连接;使用连通分量标记法去除F层多次反射,筛选出F层主描迹;对描迹腐蚀骨架化并去毛刺,得到单像素的描迹;通过对单像素描迹上相邻像素点的位置关系的分析,判断出描迹的端点、连接点和交叉点;通过对描迹线段的拆分、归类将O波和X波进行分离。
　　3、提取描迹上特征位置的信息,依据频高图度量规则将描迹的特征信息转化为频高图的参数。通过实验验证算法的可行性,统计判读准确率。结合实验结果对一些特殊情况的频高图的度量效果和误差情况进行了分析。

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1 绪论

1.1 课题来源及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 课题来源

1.4 论文的主要工作安排

2 电离层垂直探测及其自动判读相关知识

2.1 电离层基础知识

2.2 电离层的测量方法和原理

2.3 垂直探测频高图

2.4 本文算法流程

2.5 本章小结

3 频高图的生成和预处理

3.1 频高图预处理

3.2 连通分量标记

3.3 描迹区域的划分

3.4 本章小结

4F层描迹自动判读

4.1 F层描迹介绍

4.2 F层描迹提取

4.3 F2层参数提取

4.4 F2层实验结果与分析

4.5 本章小结

5 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

参考文献

致谢

个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果