[发明专利]一种基于同步压缩小波变换的提取太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量的方法

说明书

本发明涉及一种基于同步压缩小波变换的提取太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量的方法，属天文技术和时频处理领域。本发明采用采用结合同步压缩小波变换的方法对太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量进行提取，较精确地对太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量进行了提取，较好的解决了之前几种时频分析方法在在提取太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量结果较差，不完整的问题。

技术领域

本发明涉及一种基于同步压缩小波变换的提取太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量的方法，属天文技术和时频处理领域。

背景技术

地磁活动指数周期变化的研究，对认识地磁活动的规律，开展空间天气预报起着重要作用。地磁Ap指数是全球的全日地磁扰动强度的指数，是描述全球地磁活动水平的重要指数。太阳黑子数是描述太阳活动水平高低的重要指数，在分析太阳活动周期是采用最多的数据就是太阳黑子数。太阳活动对地球磁场变化有着重要作用。通过对地磁活动指数和太阳活动参数的统计分析，有助于建立地磁与太阳活动的相应关系。该方法有助于更好研究的地磁活动和太阳活动之间关系、预测地磁活动和气候系统的变化。

描述全球地磁活动水平的重要指数Ap和描述太阳活动水平高低的重要指数太阳黑子数的变化特征和相关关系一直受到特别关注。我们发现这些方法主要包含两个过程：(1)对采样数据进行小波分析或者是傅里叶变换；(2)紧接着比较太阳黑子数和地磁Ap指数的相同的周期特性明显的分量。通过相关文献对这几种方法的介绍，可以看到这些方法对地磁活动和太阳活动之间关系的研究存在着以下的问题：(1)以Fourier变换作为理论基础，受到Heisenberg/Gabor不确定原理的影响，其时频分辨率受限；(2)时频分析得到的结果谱污染较为严重；(3)将噪声较为敏感，造成误检。然而，太阳黑子数和地磁Ap指数作为天文数据，天文望远镜获取过程中难免受到噪声或一些其他数据污染，具有明显的非平稳、时变特点。基于这些因素，依靠传统的时域和频域分析方法难以有效提取太阳黑子数和地磁Ap指数的周期特征。

发明内容

本发明提供了一种基于同步压缩小波变换的提取太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量的方法，以用于提取太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量。

本发明的技术方案是：一种基于同步压缩小波变换的提取太阳黑子数和地磁Ap指数的周期分量的方法，所述方法的具体步骤如下：

所述方法的具体步骤如下：

步骤1：对太阳黑子数数据和地磁Ap指数数据分别进行连续小波变换，得到小波系数，通过对小波系数求偏导得到瞬时频率；

步骤2：对瞬时频率进行同步压缩，得到同步压缩后的时间周期图；

步骤3：对同步压缩后的时间周期图中除COI区域以外的区域采用启发式方法连续的提取最大能量曲线，得到周期分量；

步骤4：对步骤3的结果进行滤波处理，得到滤波处理后的周期分量和其能量曲线；

步骤5：通过步骤4中能量曲线对周期分量进行重建，得到该周期分量的时间幅度图；

步骤6：对步骤5得到的太阳黑子数和地磁Ap指数周期分量的时间幅度图中的相同的周期分量的幅值进行归一化处理，得到归一化的周期分量的时间幅度图；

步骤7：对步骤5或者步骤6的时间幅度图中相同的周期分量进行相关性分析，得到相关系数、平均滞后值以及响应关系。

所述步骤1中，小波变换是以Morlet小波作为小波母函数；小波变换的声音数nv＝32。

所述步骤3中，采用启发式方法连续的提取最大能量曲线具体为：采用启发式方法对一个能量曲线提取完成时，将它们的相关能量对应的频率在同步压缩后的时间周期图中被清零，然后对更新后的同步压缩后的时间周期图重复以上步骤进行曲线提取，直到提取到预定的能量曲线为止。