Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2025.Т. 53. №4. C. 59 — 74. ISSN 2079-6641

ИНФОРМАЦИОННЫЕ И ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ ТЕХНОЛОГИИ
https://doi.org/10.26117/2079-6641-2025-53-4-59-74
Научная статья
Полный текст на русском языке
УДК 004.932.721; 004.931

Содержание выпуска

Read English Version

Распознавание группы вистлеров в радиосигналах ОНЧ-диапазона

Е. А. Лутцева^{\ast}¹, Г. М. Водинчар¹²

¹Камчатский государственный технический университет, 683003, ул. Ключевская, 35, г. Петропавловск-Камчатский, Россия

²Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, 684034, ул. Мирная, 7, c. Паратунка, Камчатский край, Россия

Аннотация. В данной статье представлен комплексный подход к решению задачи автоматического распознавания групп свистящих атмосфериков (вистлеров) в частотно-временных спектрах (спектрограммах) радиосигналов ОНЧ-диапазона. Такие радиосигналы образуются в результате прохождения атмосферных электрических разрядов через магнитосферный волновод и являются естественными маркерами состояния магнитосферы Земли. Объект исследования: спектрограммы радиосигналов ОНЧ-диапазона, содержащие свистящие атмосферики. Предмет исследования: алгоритмы автоматического распознавания и идентификации групп свистящих атмосфериков на частотно-временных спектрограммах. Предлагаемый метод включает в себя многоэтапный алгоритм обработки исходного сигнала. На первом этапе происходит фильтрация сигнала, которая состоит из двух частей: модифицированная медианная фильтрация, отбор значимых отсчетов. Далее происходит переход в новую систему координат, которая позволяет трансформировать и «выпрямить» криволинейные образы вистлеров. Это преобразование существенно упрощает последующий анализ. Следующий этап – распознавание вистлера/вистлеров в рассматриваемом фрагменте сигнала (данный этап был рассмотрен авторами ранее). Заключительный этап – поиск групп вистлеров, выпрямленные образы которых пересекаются в одной точке на временной оси. Для тестирования заключительного этапа сгенерированы фрагменты сигналов двух видов: идеальная группа, состоящая из двух прямых линий (вистлеров), которые сходятся в одной точке; две группы прямых линий (вистлеров), приближенных к реальным условиям распространения вистлеров (добавление гауссова шума, снижение интенсивности второго сигнала в группе). Описанный алгоритм позволяет автоматизировать процесс идентификации групп вистлеров, что повышает объективность и скорость анализа по сравнению с визуальными методами.

Ключевые слова: свистящие атмосферики (вистлеры), группа вистлеров, распознавание образов, ОНЧ-излучение.

Получение: 05.11.2025; Исправление: 16.11.2025; Принятие: 23.11.2025; Публикация онлайн: 24.11.2025

Для цитирования. Лутцева Е. А., Водинчар Г. М. Распознавание группы вистлеров в радиосигналах ОНЧ-диапазона // Вестник КРАУНЦ. Физ.-мат. науки. 2025. Т. 53. № 4. C. 59-74. EDN: SUEDVS. https://doi.org/10.26117/2079-6641-2025-53-4-59-74.

Финансирование. Работа выполнена за счет НИР ГБТ ФГБОУ ВО «Камчатский государственный технический университет» (номер государственной регистрации 124022500267-1) и Государственного задания ИКИР ДВО РАН (рег. № НИОКТР 124012300245-2).

Конкурирующие интересы. Конфликтов интересов в отношении авторства и публикации нет.

Авторский вклад и ответственность. Авторы участвовали в написании статьи и полностью несут ответственность за предоставление окончательной версии статьи в печать.

^{\ast}Корреспонденция: E-mail: luttsevaea@gmail.com

Контент публикуется на условиях Creative Commons Attribution 4.0 International License

© Лутцева Е. А., Водинчар Г. М., 2025

© ИКИР ДВО РАН, 2025 (оригинал-макет, дизайн, составление)

Список литературы

  1. Storey L. R. O. An investigation of whistling atmospherics // Philos. Trans. R. Soc. Lond., 1953. vol. 246, pp. 113-141.
  2. Гершман Б. Н., Угаров В. А.Распространение и генерация низкочастотных электромагнитных волн в верхней атмосфере // Успехи физических наук, 1960. Т. LXXII, №2, С. 235-270.
  3. Carpenter D. L. Remote sensing of magnetospheric plasma by means of whistler mode signals // Rev. Geophys., 1988. vol. 26, pp. 535–549.
  4. Collier A. B., Hughes A.R. W., Lichtenberger J., Steinbach P. Seasonal and diurnal variation of lightning activity over southern Africa and correlation with European whistler observations // Annales Geophysicae, 2006. vol. 24, pp. 529–542 DOI: 10.5194/angeo-24-529-2006.
  5. Collier A. B., Delport B., Hughes A. R. W., Lichtenberger J., Steinbach P., Öster J., Rodger C. J. Correlation between global lightning and whistlers observed at Tihany, Hungary // J. Geophys. Res., 2009. vol. 114, 07210 DOI: 10.1029/10.1029/2008JA013863.
  6. Чернева Н. В., Holzworth R. H., Иванов А. В., Дружин Г. И., Мельников А. Н. Перспективы использования всемирной сети локации гроз (WWLLN) для определения пепловых извержений вулканов на Камчатке / Проблемы комплексного геофизического мониторинга Дальнего Востока России, Труды Третьей научно-технической конференции. Обнинск, ГС РАН, 2011, С. 415-419.
  7. Сивоконь В. П., Кубышкин А. В., Богданов В. В. и др. Вистлеры как возможные индикаторы активных воздействий на ионосферу // Труды МФТИ,2014. Т. 6, №2, С. 174-179.
  8. Plasmon Research Group Automatic Whistler Detector and Analyzer System, Eötvös Loránd University, http://plasmon.elte.hu/.
  9. Lichtenberger J., Ferencz C., Hamar D., Steinbach P., Rodger C. J., Collier A. B. Automatic Whistler Detector and Analyzer system: Automatic Whistler Detector // J. Geophys. Res., 2008. vol. 113, no. 12 DOI: 10.1029/2008JA013467.
  10. Агранат И. В., Чернева Н. В. поставление с грозовой активностью / Природная среда Камчатки, Материалы XI региональной молодежной научной конференции, 16 апреля 2012 г. Петропавловск-Камчатский, 2012, С. 89-100.
  11. Lichtenberger J. A new whistler inversion method // J. Geophys. Res., 2009. vol. 114, 07222 DOI:
    10.1029/2008JA013799.
  12. Водинчар Г. М., Лутцева Е. А. Алгоритм распознавания вистлеров в частотно-временных спектрах радиосигналов ОНЧ-диапазона // Информатика и системы управления, 2025. Т. 84, №2, С. 34-43 DOI: 10.22250/18142400_2025_84_2_34.
  13. Malkin E. I., Shevtsov B. M., Cherneva N.V., Kazakov E. A., Lichtenberger J. High-Altitude Discharges and Whistlers of Volcanic Thunderstorms // Atmosphere, 2024. vol. 15, no. 12, 1503 DOI: 10.3390/atmos15121503.
  14. Гонсалес Р., Вудс Р. Цифровая обработка изображений. М.: Техносфера, 2012.
  15. Гектин Ю.М., Зайцев А. А.Разработка и применение модифицированного алгоритма медианной фильтрации при бортовой коррекции изображений дистанционного зондирования // Труды МФТИ,2014. Т. 6, №4, С. 103-106.
  16. Марпл С.Л. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990.

Лутцева Екатерина Александровна – старший преподаватель, кафедра «Системы управления», Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, Россия, ORCID 0009-0003-6552-805X.

Водинчар Глеб Михайлович – кандидат физико-математических наук, доцент, ведущий научный сотрудник, лаборатория моделирования физических процессов, Институт космофизических исследований и распространения радиоволн ДВО РАН, Паратунка, Россия; доцент, кафедра «Системы управления», Камчатский государственный технический университет, Петропавловск-Камчатский, Россия, ORCID 0000-0002-5516-1931.

Читать статьюСкачать статью