基于正态分布模拟的太阳射电爆发自动实时检测方法研究

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太阳是离地球最近的恒星,也是人类目前唯一能够精确观测的恒星,太阳的活动对人类生产、生活和延续有重大影响。太阳的剧烈活动称为太阳射电爆发,在光学和射电波段都可以观测到。太阳射电爆发携带着太阳物理诸多重要的信息,对空间物理的研究具有重要意义。另外,太阳射电爆发常常造成空间及地面的电磁波动,影响航天器和通讯工具等的正常运行,如果能够实时的检测太阳射电爆发,就可能在太阳射电爆发时,采取相应的应对措施,降低对人类生产生活的影响。因此,太阳射电爆发的自动实时检测对空间天气的预警意义重大。在太阳射电爆发自动实时检测的研究中,本文在分析现有的太阳射电爆发检测方法的基础上,改进并提出了新的处理方法,主要工作如下:首先,结合引导滤波和形态学方法去除太阳射电频谱图像中的噪声。太阳射电数据由于在接收时受到大量噪声的干扰,最终显示的频谱图像存在大量的横条纹干扰和其他噪声,影响太阳爆发的检测与参数提取。我们首先将频谱图像去除通道效应,再实施引导滤波以保持爆发的边缘不被模糊,并结合形态学方法去除频谱图中多余的毛刺和孤立噪声点。然后,通过模拟背景正态分布模型检测太阳射电爆发。经过统计,太阳射电背景呈现的缓慢辐射变化符合正态分布的规律。本文首先将频谱图像的背景按照不同通道分别模拟正态分布模型,再逐像素点对比其与对应通道模拟得到的正态分布模型的差异度,最终分离出爆发的区域,并将频谱图像二值化。最后,提出二维卷积的方法提取太阳射电爆发参数值。对于二值化后的太阳射电频谱图像,引入卷积的概念,通过卷积结果的骤升和骤降,记录爆发区域的开始时间和结束时间等重要参数值,以便于后续对空间天气的预警。本文使用中国科学院云南天文台提供的太阳射电爆发数据,对提出的方法进行了实验。实验结果表明,本文方法高效可靠,能够较准确的提取出太阳射电爆发时间,且满足太阳射电爆发自动检测的实时性要求。
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