Впервые для поиска плазменных пузырей в ионосфере применили ИИ
Каждую ночь, вскоре после заката, в ионосфере над экватором и низкими широтами образуются плазменные пузыри — зоны пониженной плотности ионов расмером до 100 км. Они создают помехи радиосвязи и системам навигации, от чего в силу географии особенно страдает авиация Китая. В Хуачжунском сельскохозяйственном университете взяли сверточную нейросеть с элементами сегментации и научили ее на огромном объеме данных обнаруживать эти пузыри. Результатом стал инструмент под названием IncResUnet, описанный на страницах Space: Science & Technology.
Традиционные способы поиска экваториальных плазменных пузырей (ЭПБ) справляются со своей задачей плохо — ионосфера крайне изменчива, состояние ее очень зависит от солнечной активности и сезонных факторов. В периоды низкой солнечной активности применяемые сейчас методы с фиксированным порогом могут пропускать до 40% ЭПБ.
Алгоритмы глубокого обучения хорошо зарекомендовали себя в автоматическом извлечении и распознавании сложных волновых форм в таких областях, как сегментация медицинских изображений и обнаружение пиков сигналов. Теперь их применили для выявления ЭПБ. Для этого собрали данные об ионной плотности со спутника FORMOSAT-1, включающие информацию о 13 675 пузырях с 1999 по 2004 год и уточнили критерии идентификации для них.
Сведения 2001–2003 годов использовали для обучения, 1999 года — для валидации, а 2000 и 2004 годов — для тестирования. Определили пороги — события короче 5 секунд отфильтровываются как шум, а соседние события с интервалом менее минуты автоматически объединяются в целостные крупномасштабные структуры плазменных пузырей.
IncResUnet не только сравнили с предыдущими методами, но и протестировали на предмет обобщаемости на данных с других спутников. Даже без дообучения сервис показал достойные результаты, а в наблюдениях COSMIC-2 за 28–31 января 2021 года нашел все 36 подтвержденных ЭПБ.
Эта работа стала первым примером систематического применения методов глубокого обучения к обнаружению ионосферных плазменных пузырей.
