Структурные модели и алгоритмы обнаружения аномалий в ионосферных сигналах

• Автор: Полозов, Юрий Александрович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 134 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Ведение
Глава 1. Обзор методов исследований сложных природных сигналов. Использование ионосферных параметров для построения программных систем анализа и прогноза сейсмических событий
1.1 Возможность использования ионосферных параметров для построения систем прогноза сейсмических событий.

1.2 Влияние посторонних факторов на параметры ионосферы

1.3. етоды анализа временных рядов

1.3.1. Традиционные методы анализа сигналов

1.3.2. Решение задачи экстраполяции временных

последовательностей данных на основе нейронных сетей.

1.3.3. Современные методы аппроксимации сигналов.

1.4 Анализ основных подходов к решению задачи. Метод построения модели сигнала со сложной структурой на основе многокомпонентной
конструкции.
Глава 2. Идентификация структурных составляющих ионосферного
сигнала на основе вейвлетов
2.1. Непрерывное вейвлетпреобразование
2.2. Дискретное Вейвлетпреобразование случайного сигнала
2.3. Схемы вейвлетразложения, используемые для идентификации структурных компонент сигнала.
2.4. Метод выделения локальных особенностей в структуре случайного сигнала.
Глава 3. Методы идентификации моделей сигналов со сложной внутренней структурой на основе совмещения вейвлетов и нейронных
3.1. Нейронные сети. Основные определения
3.2. Решение задачи аппроксимации функций на основе нейронной сети
3.3. Выделение регулярных составляющих сигналов и построение обучающего множества сети.
3.4. Метод определения внутренней структуры сети
Глава 4. Оценка эффективности предложенных методов на основе
статистического моделирования. Эксперименты по анализу и обработке ионосферных сигналов
4.1. Оценка эффективности предложенных методов на основе статистического моделирования
4.1.1. Статистическая модель системы.
4.1.2. Формирование модельных сигналов.
4.1.3. Методика проведения экспериментов.
4.1.4. Анализ результатов экспериментов
4.2. Эксперименты по анализу и обработке ионосферного сигнала критической частотыоЕ
4.2.1. Описание программного обеспечения.
4.2.2. Описание сигнала 1
4.2.3. Методика проведения экспериментов с ионосферными сигналами ЮР2.
4.2.4. Анализ ионосферного сигнала на основе совмещения НС и вейвлетов.
4.3. Совместный анализ индекса геомагнитной активности К и критической частоты ионосферыоЮ. .
4.3.1. Методика анализа поведения сигналов.
4.3.2 Программа для совместной обработки сигнала критической
частоты и Киндекса.
4.3.3. Результаты экспериментов.
Заключение.
Литература


Разработанные программные средства использовались в учебном процессе при проведении лабораторных работ для студентов специальностей Управление и информатика в технических системах в Камчатском государственном техническом университете. Исследования поддержаны грантом федеральной программы Участник молодежного научноисследовательского конкурса. Госконтракт от июня года р9 тема Разработка моделей и методов анализа сложных природных сигналов в задачах выделения аномалий в ионосферных параметрах и грантом победителя конкурса молодых изобретателей Камчатского края, тема работы Разработка автоматизированной системы выявления аномалий в сложных сигналах на основе совместного применения теории вейвлетобработки и нейронных сетей, договор 7 от 5 апреля г. Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям 8СМ, С. Петербург, г. Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям 8СМ, С. Петербург, г. IV международной конференции Солнечноземные связи и предвестники землетрясений, П. Камчатский, г. Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям 8СМ, С. Петербург, г. VI региональной молодежной научной конференции Исследования в области наук о Земле, П. Камчатский, г. КамчатГТУ Научнотехнические исследования рыбохозяйственной отрасли Камчатского края, П. Камчатский, г. Управление и информационные технологии УИТ, С. Петербург, г. Международной научнотехнической конференции Компьютерные науки и технологии, Белгород, г. Международной конференции по мягким вычислениям и измерениям 8СМ, С. Петербург, г. Паратунка, Камчатский край, г. ГЛАВА 1. ОБЗОР МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЙ СЛОЖНЫХ ПРИРОДНЫХ СИГНАЛОВ. Структура ионосферы, распределение ее параметров по высоте определяется плотностью атмосферы и ее химическим составом, спектральными характеристиками солнечного излучения. Основные параметры ионосферы концентрация электронов, ионный состав, температура меняются с высотой сложным образом. Структурно ионосфера подразделяется на несколько областей Э км, Е 0км, и Р, которая делится на Р1 0км и 2 0км рис. Значения высот указаны в скобках ориентировочно, а высота слоев, концентрация и другие параметры испытывают значительные вариации, как регулярные, так и спорадические. Рис. Е,, 2 слои ионосферы. Регулярные вариации в Д и Е области прежде всего определяются уровнем освещенности ионосферы и поэтому суточные и сезонные вариации наиболее значительны. В области Б существенное значение приобретает влияние магнитосферных процессов на движение плазмы. Исследования динамических процессов на всех уровнях атмосферы и в различных областях магнитосферы Земли, изучение влияния солнечной активности на формирование геофизических процессов занимают в настоящее время одно из важных мест в науке о Земле . Одним из источников информации о поведении данных процессов являются измерения, проводимые с помощью космических аппаратов 2,3,8,. Функционирование космических аппаратов на околоземных орбитах обладает рядом важных особенностей, связанных с наличием в магнитосфере различных по своим характеристикам и структуре геосферных оболочек. В свою очередь. В результате спутник, двигаясь по орбите, попадает на участки с резким переходом внешних условий, которые, в свою очередь, определяют уровень электризации его элементов в данной области магнитосферы. Статистическая обработка данных, проведенная по результатам эксплуатации аппаратов, показала, что сбоев и отказов происходили в период какихлибо магнитосферных возмущений 6,9. Оставшаяся же часть зарегистрированного некорректного функционирования аппаратуры происходила в условиях спокойной магнитосферы 6,9. Более того, были отмечены не единичные случаи сбоев, которые возникали в спокойной магнитосфере и происходили накануне сейсмических событий. В этот момент космические аппараты проходили над районами готовящихся землетрясений. В результате возникла серьезная проблема, связанная с выяснением причин и механизмов проявления возмущений магнитосферы на высоты в сотни ионосфера и тысячи километров над сейсмоопасиыми областями, и их выделения на фоне общих возмущений.