电离层作为地球近地空间环境的重要组成部分,对人类通信、卫星导航具有显著影响;对航空航天、灾害预警具有指导意义。但由于影响因素众多,电离层状态复杂多变。为满足不同场景的需要,对电离层环境进行监测和预报不仅必须而且十分迫切。全球每年通过电离层探测得到的电离图数以百万计,为了提高电离图判读效率,减少人工度量误差,并满足实时性要求,本文针对电离层垂测图描迹特点,从图像处理角度出发对垂测图F层参数自动判读技术进行了研究。同时考虑到f_o F₂是描述电离层状态的重要参数,本文还采用小波神经网络技术对f_o F₂参数短期预测方法进行了探索。本文主要工作内容有以下几个方面:1.简要介绍了电离图自动判读及电离层参数短期预报的研究意义,明确了课题的研究目标。总结分析了相关领域国内外研究动态,确立了本文研究的主要方法。2.系统地介绍了电离层的基础理论知识,包括电离层的分层结构、控制因素、探测原理和垂测电离图判读参数的具体含义。根据电离图中F层回波描迹的结构特点设计了本文自动判读算法的流程,包括电离图预处理和参数判读两部分。3.电离图预处理。采用中值滤波进行电离图初步去噪,根据垂直探测机理去除了多次回波描迹。利用Canny边缘检测算法进一步去除了噪声干扰后,通过投影积分方法提取到了F层回波描迹的轮廓。4.O波描迹提取及参数判读。利用形态学膨胀腐蚀运算结合平移图像求取重合面积的方法提取出了O波描迹,针对提取描迹不连续的问题给出了修复方案。通过ZS图像细化算法对O波描迹进行骨架化后,根据₁F层和₂F层过渡阶段描迹出现较长水平延展的特点,对O波骨架进行了分层处理,随后分别对各层参数h￠F、f_o F₁、h￠F₂、f_o F₂进行了自动判读,并统计了本文判读方法的准确率。5.F₂层临界频率提前一小时预测。利用西安和海口站的历史观测数据对f_o F₂分时变化特点进行了简要分析,通过经验模态分解方法对f_o F₂数据进行了分析与重构,在此基础上结合小波神经网络实现了f_o F₂提前一小时预报,预测效果比较理想。6.总结了本文已完成的研究成果,分析了本文电离图自动判读和f_o F₂短期预测方法存在的不足。制订了未来工作计划,包括:电离图去噪方法的进一步改进,提取复杂电离图描迹方法的研究,引入数据同化方法进行电离层预测,预测结果与国际模型进行对比分析。