mininuniverВестник Мининского университетаVestnik of Minin University2307-1281Minin Nizhny Novgorod State Pedagogical Universitymininuniver-515Research ArticleНАУКИ О ЗЕМЛЕАЛГОРИТМ КЛАССИФИКАЦИИ МГД ВЕЙВЛЕТ-СКЕЛЕТОННЫХ СПЕКТРАЛЬНЫХ КАРТИН ГЕОЭФФЕКТИВНЫХ ПЛАЗМЕННЫХ ПОТОКОВ В СОЛНЕЧНОМ ВЕТРЕCLASSIFICATION ALGORITHM FOR MHD WAVELET-SKELETON SPECTRAL IMAGES OF GEOEFFECTIVE PLASMA FLOWS IN THE SOLAR WINDBarkhatovN. A.nbarkhatov@inbox.ruRevunovS. E.revunov@inbox.ruВиноградовА.VinogradovA. B.al.winogradow@gmail.comНГПУ им. К.Минина (Мининский университет)РоссияMinin UniversityRussian FederationНижегородский государственный педагогический университет имени Козьмы МининаРоссияMinin UniversityRussian Federation201411092017032525Copyright © Barkhatov N.A., Revunov S.E., Виноградов А.B., 20172017Barkhatov N.A., Revunov S.E., Виноградов А.Barkhatov N.A., Revunov S.E., Vinogradov A.B.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.minin-vestnik.ru/jour/article/view/515

В работе демонстрируется новый способ идентификации плазменных потоков в солнечном ветре самообучающейся классификационной нейронной сетью по их спектральным особенностям в диапазоне магнитной гидродинамики. Для этого вычисляются вейвлет-скелетонные спектры параметров солнечного ветра межпланетного магнитного поля, регистрируемых на орбите Земли патрульными космическими аппаратами. Предлагается алгоритм классификации вейвлет-скелетонных спектральных картин плазменных потоков в солнечном ветре на орбите Земли, основанный на нейросетевой обработке сжатой информации об основных магнитных и динамических параметрах потоков. Классификация выполняется нейронной сетью типа слоя Кохонена с дифференциацией по частотным диапазонам. Конкретно анализируются и устанавливаются спектральные особенности солнечных плазменных потоков в форме магнитных облаков (MC), областей взаимодействия потоков (CIR), ударных волн (Shocks) и высокоскоростных потоков от корональных дыр (HSS).

The paper presents a new method for the identification of plasma flows in the solar wind by self-learning classification neural network using their spectral features in the range of magnetic hydrodynamics. To do this, the wavelet skeleton spectra of solar wind parameters of the interplanetary magnetic field recorded in Earth orbit by patrol spacecraft was calculated. Algorithm for classification of wavelet skeleton spectral images for plasma flows in the solar wind on the Earth's orbit, based on neural network processing of compressed data on the main magnetic and dynamic parameters of the flow is proposed. The classification by a neural network type Kohonen layer differentiated by frequency ranges is performed. Specifically, the spectral features of solar plasma flows in the form of magnetic clouds (MC), corotating interaction regions (CIR), shock waves (Shocks) and high-speed streams from coronal holes (HSS) analyzed and established.

магнитогидродинамические возмущенияспектральный анализвейвлет-анализсолнечная активностьплазменный солнечный потокгеомагнитная бурямагнитосфераионосфераклассификацияпрогнозReferencesSteed, K. Investigating the observational sig-natures of magnetic cloud substructure / C.J. Owen, P. Démoulin, S. Dasso // J. Geophys. Res. - 2011. - V.116. - A01106.Steed, K. Investigating the observational sig-natures of magnetic cloud substructure / C.J. Owen, P. Démoulin, S. Dasso // J. Geophys. Res. - 2011. - V.116. - A01106.Tessein, J.A. Turbulence associated with corotating interaction regions at 1 AU: Inertial and dissipation range magnetic field spectra / C.W. Smith, B.J. Vasquez, R.M. Skoug // J. Geophys. Res. - 2011. - V.116. - A10104.Tessein, J.A. Turbulence associated with corotating interaction regions at 1 AU: Inertial and dissipation range magnetic field spectra / C.W. Smith, B.J. Vasquez, R.M. Skoug // J. Geophys. Res. - 2011. - V.116. - A10104.Wawrzaszek, A. Observation of the multifractal spectrum in solar wind turbulence by Ulysses at high latitudes / W.M. Macek // J. Geophys. Res. - 2010. - V.115. - A07104.Wawrzaszek, A. Observation of the multifractal spectrum in solar wind turbulence by Ulysses at high latitudes / W.M. Macek // J. Geophys. Res. - 2010. - V.115. - A07104.Бархатов, Н.А. Уточнение типов солнечных плазменных потоков по анализу вне- и внутримагнитосферных низкочастотных колебаний в периоды магнитных бурь / Ревунов С.Е., Шадруков Д.В. // Приволжский научный журнал. -ННГАСУ. - 2013. - №1. - С. 106-112Бархатов, Н.А. Уточнение типов солнечных плазменных потоков по анализу вне- и внутримагнитосферных низкочастотных колебаний в периоды магнитных бурь / Ревунов С.Е., Шадруков Д.В. // Приволжский научный журнал. -ННГАСУ. - 2013. - №1. - С. 106-112Ревунов, С.Е. Анализ пространственно-временной динамики низкочастотных (2-8 мГц) магнитных возмущений в периоды магнитных бурь / Шадруков Д.В., Серебрякова Р.И. // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского. - 2013. - №5(1). - С.83-91Ревунов, С.Е. Анализ пространственно-временной динамики низкочастотных (2-8 мГц) магнитных возмущений в периоды магнитных бурь / Шадруков Д.В., Серебрякова Р.И. // Вестник ННГУ им. Н.И. Лобачевского. - 2013. - №5(1). - С.83-91Добеши, И. Десять лекций по вейвлетам: монография / И. Добеши. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 464 с.Добеши, И. Десять лекций по вейвлетам: монография / И. Добеши. - Ижевск: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2001. - 464 с.Ревунов, С.Е. Отражение динамики солнечных плазменных потоков в вейвлет-скелетонных картинах параметров околоземного космического пространства / С.Е.Ревунов, Д.В. Шадруков, Н.В. Косолапова // «Physics of Auroral Phenomena», Abst. 36 Annual Seminar, Apatity, 2013, P.41-42Ревунов, С.Е. Отражение динамики солнечных плазменных потоков в вейвлет-скелетонных картинах параметров околоземного космического пространства / С.Е.Ревунов, Д.В. Шадруков, Н.В. Косолапова // «Physics of Auroral Phenomena», Abst. 36 Annual Seminar, Apatity, 2013, P.41-42Barkhatov N.A., Revunov S.E. Classification of abrupt changes of the interplanetary medium parameters by a method of artificial neural networks // Proceedings of 29 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», Apatity, 2007, PGI KSC RAS, P.175Barkhatov N.A., Revunov S.E. Classification of abrupt changes of the interplanetary medium parameters by a method of artificial neural networks // Proceedings of 29 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», Apatity, 2007, PGI KSC RAS, P.175Бархатов, Н.А. Нейросетевая классификация разрывов параметров космической плазмы / Н.А. Бархатов, С.Е. Ревунов // Научное издание: Солнечно-земная физика. - 2010. - №14(127). - С.42-51Бархатов, Н.А. Нейросетевая классификация разрывов параметров космической плазмы / Н.А. Бархатов, С.Е. Ревунов // Научное издание: Солнечно-земная физика. - 2010. - №14(127). - С.42-51Revunov S.Е., Barkhatov N.А. Software-computer complex for Space Weather predicting // Abstracts of 33 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», Apatity, 2-5 March 2010, PGI KSC RAS, 2010. P.22-23Revunov S.Е., Barkhatov N.А. Software-computer complex for Space Weather predicting // Abstracts of 33 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», Apatity, 2-5 March 2010, PGI KSC RAS, 2010. P.22-23S.E. Revunov, D.V. Shadrukov, N.V. Kosolapova Reflection of the dynamics of solar plasma flows in the wavelet skeleton patterns for near space parameters // «Physics of Auroral Phenomena», Proc. 36 Annual Seminar, Apatity, 2013. P.126-129S.E. Revunov, D.V. Shadrukov, N.V. Kosolapova Reflection of the dynamics of solar plasma flows in the wavelet skeleton patterns for near space parameters // «Physics of Auroral Phenomena», Proc. 36 Annual Seminar, Apatity, 2013. P.126-129Шадруков, Д.В. Обнаружение солнечных плазменных потоков с помощью вейвлет-скелетонной обработки вне и внутримагнитосферных низкочастотных колебаний в периоды магнитных бурь / Д.В. Шадруков, С.Е. Ревунов // Сборник тезисов 8-ой конференция «Физика плазмы в солнечной системе» 4-8 февраля 2013 г., ИКИ РАН - 2013. - С. 119-120Шадруков, Д.В. Обнаружение солнечных плазменных потоков с помощью вейвлет-скелетонной обработки вне и внутримагнитосферных низкочастотных колебаний в периоды магнитных бурь / Д.В. Шадруков, С.Е. Ревунов // Сборник тезисов 8-ой конференция «Физика плазмы в солнечной системе» 4-8 февраля 2013 г., ИКИ РАН - 2013. - С. 119-120Шадруков, Д.В. Вейвлет-скелетонный инструмент для решения гелиогеофизических задач / Д.В. Шадруков, С.Е. Ревунов // Сборник тезисов 8-ой конференция «Физика плазмы в солнечной системе» 4-8 февраля 2013 г., ИКИ РАН - 2013. - С. 115-116Шадруков, Д.В. Вейвлет-скелетонный инструмент для решения гелиогеофизических задач / Д.В. Шадруков, С.Е. Ревунов // Сборник тезисов 8-ой конференция «Физика плазмы в солнечной системе» 4-8 февраля 2013 г., ИКИ РАН - 2013. - С. 115-116Ревунов, С.Е. Низкочастотные возмущения параметров плазменных потоков солнечного ветра как причина внутримагнитосферных колебаний во время геомагнитных бурь: монография / С.Е. Ревунов // Труды (Шестнадцатой) Научной конференции по радиофизике, посвященной 100-летию со дня рождения А.Н. Бархатова, Нижний Новгород, ННГУ, 11-18 мая 2012 г. - Изд. «Нижегородский университет». - 2012. - С.82-83Ревунов, С.Е. Низкочастотные возмущения параметров плазменных потоков солнечного ветра как причина внутримагнитосферных колебаний во время геомагнитных бурь: монография / С.Е. Ревунов // Труды (Шестнадцатой) Научной конференции по радиофизике, посвященной 100-летию со дня рождения А.Н. Бархатова, Нижний Новгород, ННГУ, 11-18 мая 2012 г. - Изд. «Нижегородский университет». - 2012. - С.82-83Barkhatov N.A., Revunov S.E., Shadrukov D.V. Wavelet component manifestation of Solar Wind parameter disturbances which corresponding to the plasma flows at the dynamics of magnetic disturbance spectrums along the geomagnetic meridian. «Physics of Auroral Phenomena», Proc. XXXV Annual Seminar, Apatity, 2012. Р. 37-40Barkhatov N.A., Revunov S.E., Shadrukov D.V. Wavelet component manifestation of Solar Wind parameter disturbances which corresponding to the plasma flows at the dynamics of magnetic disturbance spectrums along the geomagnetic meridian. «Physics of Auroral Phenomena», Proc. XXXV Annual Seminar, Apatity, 2012. Р. 37-40Barkhatov N.A., Revunov S.E., Shadrukov D.V. Wavelet component manifestation of Solar Wind parameter disturbances which corresponding to the plasma flows at the dynamics of magnetic disturbance spectrums along the geomagnetic meridian // Abstracts of 35 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», Apatity. 28 February - 2 March 2012. PGI KSC RAS, 2012. Р. 25Barkhatov N.A., Revunov S.E., Shadrukov D.V. Wavelet component manifestation of Solar Wind parameter disturbances which corresponding to the plasma flows at the dynamics of magnetic disturbance spectrums along the geomagnetic meridian // Abstracts of 35 Annual Seminar «Physics of auroral phenomena», Apatity. 28 February - 2 March 2012. PGI KSC RAS, 2012. Р. 25Бархатов, Н.А. Нейросетевая интернет-система анализа и обработки данных в режиме реального времени / Н.А. Бархатов, С.Е. Ревунов // Труды научной конференции «Базы данных, инструменты и информационные основы полярных геофизических исследований» (POLAR 2011), 24-26 мая 2011 года, Троицк, ИЗМИРАН - 2011. - С. 15-16Бархатов, Н.А. Нейросетевая интернет-система анализа и обработки данных в режиме реального времени / Н.А. Бархатов, С.Е. Ревунов // Труды научной конференции «Базы данных, инструменты и информационные основы полярных геофизических исследований» (POLAR 2011), 24-26 мая 2011 года, Троицк, ИЗМИРАН - 2011. - С. 15-16Бархатов, Н.А. Идентификация плазменных потоков в солнечном ветре нейросетевым классификационным подходом / Н.А. Бархатов, С.Е.Ревунов, А.Б. Виноградов // «Physics of Auroral Phenomena», Abst. 37 Annual Seminar, Apatity - 2014. - P.21-22Бархатов, Н.А. Идентификация плазменных потоков в солнечном ветре нейросетевым классификационным подходом / Н.А. Бархатов, С.Е.Ревунов, А.Б. Виноградов // «Physics of Auroral Phenomena», Abst. 37 Annual Seminar, Apatity - 2014. - P.21-22Barkhatov N.A., Revunov S.E., Shadrukov D.V. Post-processing of wavelet transforms for magnetograms received along the northern part of the geomagnetic meridian as a new tool for classification and prediction of magnetospheric storms // «Physics of Auroral Phenomena», Abstr. XXXIV Annual Seminar, 1-4 march 2011, Apatity, 2011. Р. 21-22Barkhatov N.A., Revunov S.E., Shadrukov D.V. Post-processing of wavelet transforms for magnetograms received along the northern part of the geomagnetic meridian as a new tool for classification and prediction of magnetospheric storms // «Physics of Auroral Phenomena», Abstr. XXXIV Annual Seminar, 1-4 march 2011, Apatity, 2011. Р. 21-22N.A. Barkhatov, S.E. Revunov Software-computer complex for space weather predicting // «Physics of Auroral Phenomena», Proc. XXXIII Annual Seminar, 2-5 march 2010, Apatity, 2011. Р. 17-20N.A. Barkhatov, S.E. Revunov Software-computer complex for space weather predicting // «Physics of Auroral Phenomena», Proc. XXXIII Annual Seminar, 2-5 march 2010, Apatity, 2011. Р. 17-20

The authors declare that there are no conflicts of interest present.