Применение генеративно-состязательных нейронных сетей для синтеза ионограмм радиозондирования ионосферы: проблемы и предварительные результаты
Main Article Content
Аннотация
Рассмотрены особенности и методика применения генеративно-состязательных нейронных сетей (Generative adversarial networks, GAN) для синтеза ионограмм радиозондирования ионосферы в контексте построения статистической модели ионосферы. Предложена специфика наклонного радиозондирования ионосферы, показаны природа данных и их физический смысл. Данные представляют собой конфигурации сеансов радиозондирования, характеристики среды и ионограммы. Описана методика предобработки исходных данных для формирования обучающего корпуса. Приведена общая организация условных GAN, используемых в задачах генерации изображений. Рассмотрены ключевые модификации этого устройства применительно к синтезу ионограмм и схематично продемонстрирована архитектура. Выделены особенности выбора функции потерь, обусловленные знаниями о физическом смысле ионограммы. Как следствие, сформирована составная функция потерь, сочетающая ответ дискриминатора и эвристику. Приведены примеры полученных результатов. Обсуждены проблемы текущей реализации и поставлены задачи дальнейших исследований.
Ключевые слова:
Article Details
Библиографические ссылки
2. Akimov V.F., Kalinin Yu.K. Vvedenie v proektirovanie ionosfernyh zagorizontnyh radiolokatorov. M.: Tekhnosfera, 2017. 492 s.
3. Nosikov I.A., Padohin A.M., Krasheninnikov I.V., Klimenko M.V., Bessarab P.F. Osobennosti raschyota minimal'nyh chastot mod v zadache prognozirovaniya uslovij ionosfernoj radiosvyazi // Izvestiya vysshih uchebnyh za-vedenij. Radiofizika. 2021. T. 64, № 8-9. S. 672–685.
4. Prognozirovanie sostoyaniya KV-radiokanala na protyazhennyh tras-sah putem matematicheskogo modelirovaniya ionogramm NZ: Otchet o NIR. Chast' I / Mosoblsovet VOIR; ruk. Yu.N. CHerkashin, I.V. Krasheninnikov. M., 1990. 27 s.
5. Programmy rascheta traektornyh harakteristik rasprostraneniya korotkih radiovoln: Sbornik / AN SSSR, In-t zemnogo magnetizma, ionosfery i rasprostraneniya radiovoln; Otv. red. kand. fiz.-mat. nauk E.M. Zhulina. M.: IZMI RAN, 1975. 58 s.
6. Chen J., Bennett J.A., Dyson P.L. Synthesis of oblique ionograms from vertical ionograms using quasi-parabolic segment models of the ionosphere // Journal of Atmospheric and Terrestrial Physics. 1992. Vol. 54, Issues 3–4. P. 323–331.
7. Laryunin O.A. Chislennyj sintez ionogramm v gorizontal'no-neodnorodnoj ionosfere na osnove modeli kombinirovannogo paraboliche-skogo sloya // Solnechno-zemnaya fizika. 2016. №. 3. S. 52–58. https://doi.org/10.12737/18656
8. Settimi A., Pezzopane M., Pietrella M., Bianchi C., Scotto C., Zuccheretti E., 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
9. Shiriy A.O. HF channel transmit function module measurement // Proceedings of the 5th International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering, APEDE 2002. 2002. Vol. 5. P. 365–369. https://doi.org/10.1109/apede.2002.10449645
10. Shiriy A.O. Razrabotka i modelirovanie algoritmov avtomatiche-skogo izmereniya harakteristik ionosfernyh korotkovolnovyh radiolinij: Avtoref. dis. … kand. tekhn. nauk: Sankt-Peterburgskij gos. un-t telekommuni-kacij im. prof. M.A. Bonch-Bruevicha. SPb., 2007. 19 c. EDN: QMISDO
11. Shiriy A.O. Arhitektura programmnoj chasti apparatno-programmnogo kompleksa distancionnogo nazemnogo radiozondirovaniya ionosfery // Novye informacionnye tekhnologii v avtomatizirovannyh si-stemah. 2015. № 18. S. 144–152.
12. Shiriy A.O. Algoritmy i programmnoe obespechenie avtomatizacii processov izmerenij i obrabotki dannyh operativnoj diagnostiki ionosfery i ionosfernyh radiolinij // Zhurnal radioelektroniki. 2022. №10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.10.4
13. Shiriy A.O. Ispol'zovanie nejronnyh setej dlya dal'nejshego razvitiya programmnoj chasti apparatno-programmnyh kompleksov radiozondirovaniya ionosfery // Elektromagnitnye volny i elektronnye sistemy. 2024, T. 29. № 5. S. 55–60. https://doi.org/10.18127/j15604128-202405-08
14. Bryunelli B.E., Namgaladze A.A. Fizika ionosfery / Otv. red. G.S. Ivanov-Holodnyj, M.I. Pudovkin; AN SSSR, In-t zemnogo magnetizma, ionosfery i rasprostraneniya radiovoln. M.: Nauka, 1988. 526 s.
15. Tsagouri I., Themens D. R., Belehaki A. et al. Ionosphere variability II: Advances in theory and modeling // Advances in Space Research. 2023. Vol. 72, No. 3. P. 567–611. https://doi.org/10.1016/j.asr.2023.07.056
16. Goddard Space Flight Center (GSFC). Space Physics Data Facility (SPDF). OMNIWeb Service – NASA. URL: https://omniweb.gsfc.nasa.gov/html/ow_data.html
17. Sola J.V., Sevilla J. Importance of input data normalization for the appli-cation of neural networks to complex industrial problems // IEEE Transactions on Nuclear Science. 1997. Vol. 44, No. 3. P. 1464–1468. https://doi.org/10.1109/23.589532
18. Oliveira L. de, Paganini M., Nachman B. Learning Particle Physics by Ex-ample: Location-Aware Generative Adversarial Networks for Physics Synthesis // Comput. Softw. Big. Sci. 2017. 1. 4.
19. Brock J. Donahue, Simonyan K. Large scale GAN training for high fidelity natural image synthesis. URL: https://arxiv.org/abs/1809.1109
20. Park T., Liu M.-Y., Wang T.-C., Zhu J.-Y. Semantic Image Synthesis with Spatially-Adaptive Normalization. URL: https://arxiv.org/abs/1903.07291
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.