ЖУРНАЛ РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ. ISSN 1684-1719. 2022. №10
Оглавление выпускаТекст статьи (pdf)
DOI: https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.10.4
Алгоритмы и программное обеспечение автоматизации процессов измерений
и обработки данных оперативной диагностики
ионосферы и ионосферных радиолиний
А.О. Щирый
АО «НПК «НИИДАР», 127083, Москва, ул. 8 Марта, д.10, стр.1
Статья поступила в редакцию 6 июля 2022 г.
Аннотация. В статье представлены основные архитектурные принципы и технические решения, принятые автором при разработке программной части аппаратно-программного комплекса оперативной диагностики ионосферы и ионосферных радиолиний, осуществляемой, главным образом, посредством дистанционного наземного радиозондирования. Приведено краткое описание методик измерений (разработанных, в том числе, при непосредственном участии автора) и измерительной аппаратуры. Решены задачи автоматизации самого процесса измерений и регистрации данных, позволяющих организовать работу комплекса по заданному расписанию без непосредственного участия человека. Также решены задачи извлечения информации из полученных экспериментальных данных радиозондирования и диагностики ионосферы, включая возможности работы с иерархией экспериментальных данных, в т.ч. возможности перегенерации производных данных, просмотра имеющихся данных, а также возможности пакетной обработки больших массивов данных для исследования их статистических характеристик. Рассмотрена организация обработки при сборе статистики вариаций межмодовых задержек (разностей времен группового запаздывания различных мод распространения коротких волн), амплитудно-частотных характеристик многолучевых коротковолновых радиолиний, а также классификации этих данных по т.н. эмпирическим моделям многолучевости; приведены примеры результатов. Показаны перспективы и предварительные результаты применения достижений теории обучения машин для решения задач автоматизации извлечения информации из данных радиозондирования; описано средство разметки данных для формирования обучающих выборок. Направлениями дальнейших исследований являются выбор метрик качества и оптимальных архитектур глубоких нейронных сетей, а также развитие средств разметки, включая средства перекрестного контроля за результатами разметки.
Ключевые слова: ионосфера, радиозондирование ионосферы, ионограммы, обработка ионограмм, многолучевое распространение коротких радиоволн, амплитудно-частотные характеристики многолучевых радиолиний, автоматизация измерений.
Автор для переписки: Щирый Андрей Олегович, andreyschiriy@gmail.com
Литература
1. Филипп Н.Д., Блаунштейн Н.Ш., Ерухимов Л.М., Иванов В.А., Урядов В.П. Современные методы исследования динамических процессов в ионосфере. Кишинев, Штиинца. 1991. 286 с.
2. Акимов В.Ф., Калинин Ю.К. Введение в проектирование ионосферных загоризонтных радиолокаторов. Москва, Техносфера. 2017. 492 с.
3. Giuseppe Fabrizio. High Frequency Over-the-Horizon Radar: Fundamental Principles, Signal Processing, and Practical Applications. McGraw-Hill Education. 2013.
4. Колчев А.А., Щирый А.О., Недопекин А.Е. Математические модели и методики измерения АЧХ многолучевых ионосферных коротковолновых радиолиний: монография. Йошкар-Ола, Мар. гос. ун-т. Йошкар-Ола 2013. 147 с.
5. Щирый А.О. Разработка и моделирование алгоритмов автоматического измерения характеристик ионосферных коротковолновых радиолиний: Дис. на соиск. учен. степ. канд. техн. наук: Спец. 05.12.04. Санкт-Петербургский гос. университет телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича. Защищена 24.05.2007. Утв. 14.12.2007. 04200722350. Шифр РГБ 61:07-5/2691. Йошкар-Ола. 2007. 199 c.
6. Shiriy A.O. HF channel transmit function module measurement. Fifth International Conference on Actual Problems of Electron Devices Engineering. IEEE. 2002. P.365-369.
7. Патент РФ №2290756. Колчев А.А., Щирый А.О. Способ подавления сосредоточенных помех при приеме непрерывного линейно-частотно-модулированного сигнала. Дата заявки: 23.05.2005. Дата публикации: 27.12.2006. Бюл. № 36. (Исправл. опубл. 10.06.2007. Бюл. № 16.)
8. Колчев А.А., Щирый А.О. Восстановление частотной зависимости комплексного коэффициента отражения по данным наклонного ЛЧМ-ионозонда. Оптика атмосферы и океана. 2007. Т.20. №7. С 627-630.
9. Колчев А.А., Щирый А.О. Оценивание параметров сосредоточенных по спектру помех на выходе приемника ЛЧМ ионозонда. Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника. 2007. №5. С.54-61.
10. Колчев А.А., Шумаев В.В., Щирый А.О. Измерительный комплекс для исследования эффектов многолучевого ионосферного распространения коротких волн. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2008. Т.51. №12. C.73-79.
11. Колчев А.А., Щирый А.О. Режекция сосредоточенных по спектру помех при ЛЧМ зондировании ионосферы. Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2006. Т.49. № 9. С.751-759.
12. Колчев А.А., Шумаев В.В., Щирый А.О. Гибкоперестраиваемая методика измерения радиопомех. Технологии электромагнитной совместимости. 2007. №1. С.50-54.
13. Щирый А.О. Программное обеспечение управления базовой станцией ионосферного мониторинга. Инженерный вестник: Информатика, радиофизика, управление. 2005. №2. С.204-207.
14. Щирый А.О. Гибкая перестройка ионограмм наклонного радиозондирования ионосферы в процессе вторичной обработки. Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2011. №14. С.138-140.
15. Щирый А.О. Развитие средств автоматизации наземного радиозондирования ионосферы. Фундаментальные проблемы радиоэлектронного приборостроения. 2014. Т.14. №5. С.170-173.
16. Щирый А.О. Архитектура программной части аппаратно-программного комплекса дистанционного наземного радиозондирования ионосферы. Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2015. №18. С.144-152.
17. Щирый А.О. Развитие программного обеспечения вторичной обработки данных дистанционного наземного радиозондирования ионосферы. Вестник Национального технического университета «Харьковский политехнический институт». Сер.: Радиофизика и Ионосфера. Харьков: НТУ «ХПИ». 2016. №34(1206). С.78-83.
18. Щирый А.О. О перспективах использования некоторых современных достижений ионосферного радиозондирования при воссоздании ЗГ РЛС эшелона СПРН. Радиолокация, навигация, связь (RLNC2019): сборник трудов XXV Международной научно-технической конференции. Воронеж. 2019. С.226-234.
19. Щирый А.О. Перспективы применения машинного обучения для адаптации загоризонтных радиолокационных станций декаметрового диапазона к геофизическим условиям. Постановка задач и возможные подходы. Сборник научных статей V Междунар. научн.-практ. конф. «Актуальные проблемы и перспективы развития радиотехнических и инфокоммуникационных систем» («Радиоинфоком-2021»). Москва, РТУ МИРЭА. 2021. С.781-786.
20. RIFF (Resource Interchange File Format) [web]. Wikipedia. Дата обращения: 22.06.2022. URL: http://ru.wikipedia.org/wiki/RIFF
21. Portable Network Graphics (PNG) Specification (Second Edition) – ISO/IEC 15948:2003 [web]. W3C. Дата обращения: 22.06.2022. URL: http://www.w3.org/TR/PNG/
22. Егошин А.Б. Автоматизированная система адаптивной обработки сигналов со сверхбольшой базой для радиозондирования ионосферных радиолиний. Автореферат диссертации канд. техн. наук: Спец. 05.12.04. Марийский гос. техн. ун-т. Йошкар-Ола 2003. 25 c.
23. Ким А.Г., Матюшонок С.М. Структура и формат данных ЛЧМ-ионозонда Препринт №8-06. Иркутск, Институт солнечно-земной физики СО РАН. 2006. 12 с.
24. Пономарчук С.Н., Грозов В.П., Котович Г.В., Михайлов С.Я. Обработка и интерпретация ионограмм вертикального и наклонного зондирования для диагностики ионосферы на базе ЛЧМ-ионозонда. Вестник Сибирского государственного аэрокосмического университета им. акад. М.Ф. Решетнева. 2013. № 5(51). С.163-166.
25. Зыков Е.Ю., Минуллин Р.Г., Шерстюков О.Н., Акчурин А.Д. Автоматическая обработка ионограмм в ионосферном комплексе «Циклон-10». Ионосферные исследования. 1997. №50. С.232-243.
26. Зазнобина Е.Г., Ососков Г.А. Применение нейронных сетей в анализе данных вертикального зондирования ионосферы. Препринт Р10-93-404. Дубна, ОИЯИ. 1993. 10 с.
27. Piggot W. R., Rawer K. URSI hand book of ionogram interpretation and reducion. Boulder, World Data Centre A. Rep. UAG-23A. 1978. 206 p.
28. Патент РФ №2697433 С1. Цыбуля К.Г. Способ автоматического определения параметров ионосферных слоев по ионограммам. Дата заявки: 26.10.2018. Дата публикации: 14.08.2019.
29. Колчев А.А., Щирый А.О. Алгоритм автоматического выделения спектральных компонентов сигнала на ионограмме. Материалы десятого научно-практического семинара «Новые информационные технологии». Москва, Московский гос. ин-т электроники и математики. 2007. С.102-107.
30. Недопекин А.Е. Адаптация стандартных критериев тестирования статистических выбросов для выделения сигнала ЛЧМ-ионозонда. Журнал радиоэлектроники: [электронный журнал]. 2013. №9. URL: http://jre.cplire.ru/jre/sep13/5/text.pdf
31. Недопекин А.Е. Метод обнаружения сигнала ЛЧМ-ионозонда в частотной области с учетом уширения принимаемых мод ионосферного распространения. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2015. №10. URL: http://jre.cplire.ru/jre/oct15/5/text.pdf
32. Максимов М.В., Бобнев М.П., Кривицкий Б.Х., Горгонов Г.И., Степанов Б.М., Шустов Л.Н., Ильин В.А. Защита от радиопомех. Москва, Сов. Радио. 1976. 496 с.
Для цитирования:
Щирый А.О. Алгоритмы и программное обеспечение автоматизации процессов измерений и обработки данных оперативной диагностики ионосферы и ионосферных радиолиний. Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2022. №10. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2022.10.4