Методика и предварительные результаты синтеза ионограмм вертикального радиозондирования ионосферы посредством физически информированных нейросетей
Main Article Content
Аннотация
Исследован синтез ионограмм вертикального радиозондирования ионосферы с использованием физически информированных нейронных сетей. В предложенном подходе нейронная сеть применена не для непосредственного формирования изображения, а для аппроксимации высотного профиля электронной концентрации. Обучение сети выполнено с учетом стационарного одномерного уравнения баланса, включающего источник ионизации, рекомбинационные потери и эффективный перенос заряженных частиц. В функцию потерь дополнительно введены граничные условия, ограничение на гладкость профиля и диагностические параметры слоя F2. Полученный профиль электронной концентрации преобразован в распределение плазменной частоты по высоте. Затем без учета магнитного поля Земли и столкновений электронов с другими частицами рассчитаны точки отражения, групповой показатель преломления и зависимость действующей высоты от частоты зондирования. На основе этой зависимости сформировано синтетическое изображение ионограммы с фоновым шумом и вертикальными помеховыми структурами. В пилотном эксперименте получены физически разумные масштабы максимума электронной концентрации и критической частоты слоя F2. Результаты подтверждают возможность построения единой физически согласованной цепочки от высотного профиля электронной концентрации до изображения ионограммы. Разработанный подход может применяться для генерации контролируемых синтетических данных, исследования влияния параметров ионосферы на форму ионограммных следов и последующей разработки алгоритмов автоматической обработки результатов радиозондирования.
Article Details
Библиографические ссылки
2. RD 52.26.817–2023. Guidelines for ionospheric, magnetic and heliogeophysical observations. Part 1: Ionospheric observations // VNIIGMI‑MCD. Obninsk, 2023.
3. Shiriy A.O. HF channel transmit function module measurement // Proceedings of the 5th International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering, APEDE 2002. Vol. 5. 2002. P. 365–369. https://doi.org/10.1109/apede.2002.10449645
4. Sсhiriy A.O. Development and Modeling of Algorithms for Automatic Measurement of Characteristics of Ionospheric HF Radio Links: Extended Abstract of Cand. Sci. (Eng.) Dissertation. Saint Petersburg State University of Telecommunications named after Prof. M.A. Bonch-Bruevich. St. Petersburg, 2007. 19 p.
5. Sсhiriy A.O. Algorithms and Software for Automation of Measurement and Data Processing in Operational Diagnostics of the Ionosphere and Ionospheric Radio Links // Journal of Radio Electronics. 2022. No. 10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.10.4
6. Sсhiriy A.O. Two methods for measuring decameter‑band interference // Nauchnoe Priborostroenie [Scientific Instrumentation]. 2023. Vol. 33, No. 4. P. 72–83.
7. Programs for Calculating Trajectory Characteristics of Shortwave Radio Propagation: Collection / USSR Academy of Sciences, Institute of Terrestrial Magnetism, Ionosphere and Radio Wave Propagation; Ed. by E.M. Zhulina. Moscow: IZMIRAN, 1975. 58 p.
8. Laryunin O.A. Numerical Synthesis of Ionograms in a Horizontally Inhomogeneous Ionosphere Based on the Combined Quasi-Parabolic Layer Model // Solar-Terrestrial Physics. 2016. No. 3. P. 52–58. https://doi.org/10.12737/18656
9. Settimi A., Pezzopane M., Pietrella M., Bianchi C., Scotto C., Zuccheretti E., and Makris J. Testing the IONORT-ISP system: A comparison between synthesized and measured oblique ionograms // Radio Science, March 2013. Vol. 48, No. 2. P. 167–179. https://doi.org/10.1002/rds.20018
10. Nosikov I.A., Padokhin A.M., Krasheninnikov I.V., Klimenko M.V., Bessarab P.F. Features of Calculating Minimum Mode Frequencies in the Problem of Forecasting Ionospheric Radio Communication Conditions // Radiophysics and Quantum Electronics. 2021. Vol. 64, No. 8–9. P. 672–685.
11. Raissi M., Perdikaris P., Karniadakis G.E. Physics-informed neural networks: A deep learning framework for solving forward and inverse problems involving nonlinear partial differential equations // Journal of Computational Physics. 2019. Vol. 378. P. 686–707.
12. Brunelli B.E., Namgaladze A.A. Fizika ionosfery. Moscow: Nauka, 1988. 526 p.
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
Представляя статьи для публикации в журнале «Электронные библиотеки», авторы автоматически дают согласие предоставить ограниченную лицензию на использование материалов Казанскому (Приволжскому) федеральному университету (КФУ) (разумеется, лишь в том случае, если статья будет принята к публикации). Это означает, что КФУ имеет право опубликовать статью в ближайшем выпуске журнала (на веб-сайте или в печатной форме), а также переиздавать эту статью на архивных компакт-дисках журнала или включить в ту или иную информационную систему или базу данных, производимую КФУ.
Все авторские материалы размещены в журнале «Электронные библиотеки» с ведома авторов. В случае, если у кого-либо из авторов есть возражения против публикации его материалов на данном сайте, материал может быть снят при условии уведомления редакции журнала в письменной форме.
Документы, изданные в журнале «Электронные библиотеки», защищены законодательством об авторских правах, и все авторские права сохраняются за авторами. Авторы самостоятельно следят за соблюдением своих прав на воспроизводство или перевод их работ, опубликованных в журнале. Если материал, опубликованный в журнале «Электронные библиотеки», с разрешения автора переиздается другим издателем или переводится на другой язык, то ссылка на оригинальную публикацию обязательна.
Передавая статьи для опубликования в журнале «Электронные библиотеки», авторы должны принимать в расчет, что публикации в интернете, с одной стороны, предоставляют уникальные возможности доступа к их материалам, но, с другой, являются новой формой обмена информацией в глобальном информационном обществе, где авторы и издатели пока не всегда обеспечены защитой от неправомочного копирования или иного использования материалов, защищенных авторским правом.
При использовании материалов из журнала обязательна ссылка на URL: http://rdl-journal.ru. Любые изменения, дополнения или редактирования авторского текста недопустимы. Копирование отдельных фрагментов статей из журнала разрешается для научных исследований, персонального использования, коммерческого использования до тех пор, пока есть ссылка на оригинальную статью.
Запросы на право переиздания или использования любых материалов, опубликованных в журнале «Электронные библиотеки», следует направлять главному редактору Елизарову А.М. по адресу: amelizarov@gmail.com
Издатели журнала «Электронные библиотеки» не несут ответственности за точки зрения, излагаемые в публикуемых авторских статьях.
Предлагаем авторам статей загрузить с этой страницы, подписать и выслать в адрес издателя журнала по электронной почте скан Авторского договора о передаче неисключительных прав на использование произведения.