ВВЕДЕНИЕ
Глава 1 Эффекты космической погоды и их влияние на технические системы
Глава 2 Ионосферные процессы и методы их изучения
Глава 3 Создание алгоритма по выделению аномальных эффектов в ионосфере с использованием современных информационных технологий
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Актуальность работы: настоящая работа посвящена изучению динамических свойств параметров ионосферы и созданию алгоритмов выделения и анализа аномалий в периоды её возмущенного состояния. Это актуально для наземной радиосвязи, потому что режим ионосферы определяет возможность и условия распространения радиоволн вдоль поверхности Земли. В частности, критическая частота ионосферы позволяет определять наивысшую возможную частоту, на которой возможно отражение сигнала в системах радиосвязи. Поскольку ионосфера не является постоянной и ее параметры распределяются неравномерно, а также присутствуют различные аномалии, необходим метод и реализующие его алгоритмы, которые бы позволили распознавать наличие данных аномалий.
Так в данной работе производится исследование сигнала критической частоты, который был получен путем вертикального зондирования ионосферы радиосигналом. Получение таких данных происходит путем зондирования ионосферы радиосигналами разных частот и той частоты, выше которой сигнал беспрепятственно проходит сквозь ионосферу и не отражается обратно. Это и называется сигналом критической частоты. Сам же сигнал критической частоты имеем сложную структуру, ввиду наличия локальных особенностей и аномалий[1,2,43]. В работе рассматриваются алгоритмы обработки сигнала критической частоты для обнаружения аномалий.
Ионосфера представляет собой слой атмосферы, который ионизирован вследствие облучения солнечными лучами. Ионосфера имеет сложную и неоднородную структуру, разделенную на слои, которые в свою очередь могут присутствовать в составе ионосферы постоянно, либо появляться вследствие различных факторов. Основными являются области E,D,F. В свою очередь область F может быть разделена на области F1и F2[1,43].
На данный момент существуют методы анализа ионосферы и выделения неоднородностей, но в основном они основаны на использовании процедуры сглаживания, что очевидно ведет к потере информации [2, 30,32,35,37]. Второй недостаток существующих методов в том, что они основаны на усредняющих методах, медианных значениях, что не может служить инструментов для выделения внутренних особенностей сигнала и выделять отдельные аномальные эффекты.
В данной работе было использовано вейвлет-преобразование как основной аппарат для выделения аномалий в ионосферном сигнале ввиду того, что они могут иметь форму резких всплесков, а также пики различной амплитуды и протяженности. Вейвлет-преобразование в основе имеет множество различных базисов, имеющих разную форму. Базисы могут быть масштабированы, а значит иметь различную длительность. Это указывает на их отличную применимость к выделению локальных компонент, что позволит идентифицировать особенности структуры ионосферного сигнала и выполнить их анализ.
Целью работы является разработка вычислительных алгоритмов по обнаружению и оценке аномалий во временном ряде критической частоты ионосферы foF2, которые характеризируют возникновение ионосферных неоднородностей и препятствуют передаче сигналов в системах радиосвязи
Для достижения этих целей решались следующие задачи:
1. Изучение методов обработки и анализа временных рядов параметров ионосферы
2. Разработка алгоритмов обнаружения и оценки аномалий во временном ходе параметров ионосферы
3. Оценка разработанных алгоритмов и их реализация в программной
среде
Методы исследования. В данной работе используется аппарат теории вероятности. случайных процессов, математической статистики, цифровой обработки сигналов, аппарат вейвлет-преобразования.
Научную новизну работы составляет:
1. Разработан алгоритм по выделению неоднородностей ионосферы для систем радиосвязи с использованием вейвлет-преобразования
2. На основе разработанного алгоритма проведен анализ ионосферных данных за период 2010 года
Положения выносимые на защиту:
1. Алгоритм выделения неоднородностей ионосферы
Практическая ценность:
1. Разработан алгоритм по выделению неоднородностей ионосферы для систем радиосвязи
2. Реализован разработанный алгоритм по выделению неоднородностей ионосферы
В данном исследовании рассматривалась возможность нахождения неоднородностей в параметрах ионосферы на основе вейвлетпреобразования. Первая глава является обзорной и рассказывает о параметрах ионосферы, о методах получениях этих параметров, а также о том, как параметры ионосферы влияют на распространение сигнала.
Вторая глава данной работы рассматривает методы исследования временных рядов, как классические, так и современные. Производится обзор данных методов, а также их объяснение и способ применения.
Третья глава является практической. В данной главе описывается разрабатываемый алгоритм обработки временного ряда критической частоты с целью выделения неоднородностей в ионосфере.
Основные научные и практические результаты работы можно охарактеризовать следующим образом:
1. Предложен алгоритм для выделения неоднородностей ионосферы.
2. Реализован алгоритм для выделения неоднородностей ионосферы.
3. Проведена апробация алгоритма на основе данных, полученных с ионосферной станции Паратунка Камчатка.
