Методика и алгоритм определения периодов оперативного
прогнозирования динамики максимально применимых частот
КВ-связи на основе алгоритма машинного обучения XGBoost
Н. А. Конкин
Поволжский государственный технологический университет,
Российсикая Федерация, 424000, Йошкар-Ола, пл. Ленина, 3 konkinna@volgatech.net
АННОТАЦИЯ
Дальняя КВ-связь получает дальнейшее развитие, благодаря расширенному внедрению IT-технологий и методов активной сенсорной диагностики её линий и радиоканалов. Рассмотрена задача применения алгоритма машинного обучения XGBoost для анализа изменчивости верхней границы полосы прозрачности линии связи. Анализируются вопросы длительности периодов прогнозирования максимально применимой частоты для заданных ошибок в случае применения настройки гиперпараметров и без нее. Для реализации алгоритма и его расширенного применения создан класс программ на языке Python. Верификация разработки выполнена на основе экспериментальных данных, полученных в Поволжском государственном технологическом университете на среднеширотной радиолинии, протяжённостью 2 600 км. Установлена возможность существенного (7 раз) увеличения периода прогноза.
работа выполнена при поддержке гранта Российского научного фонда, проект № 22-19-00073
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. Кислицын А. А., Рябова Н. В., Конкин Н. А. Метод интеллектуального анализа данных для прогнозирования значений полосы когерентности изменяющегося трансионосферного радиоканала // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике: Труды XVII Конференции молодых ученых, Иркутск, 05–10 сентября 2022 года. Иркутск: ИСЗФ СО РАН, 2022. С. 361-363.
2. Зондирование ионосферных каналов высокочастотной связи с поверхности Земли / В. А. Иванов, Д. В. Иванов, Н. В. Рябова и др. // Вестник Марийского государственного технического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2008. № 1(2).
С. 3-20.
3. Новые задачи ионосферной КВ-связи. Развитие методик, аппаратурных решений и экспериментальные результаты их исследования / Д. В. Иванов, В. А. Иванов, Н. В. Рябова и др. // Распространение радиоволн: Труды XXVII Всероссийской открытой научной конференции, Калининград, 28 июня – 03 июля 2021 года. Калининград: Балтийский федеральный университет имени Иммануила Канта, 2021. С. 68-85.
4. Алгоритмы обнаружения полезного сигнала на фоне помех и их верификация для универсального цифрового ионозонда, созданного по SDR-технологии / Д. В. Иванов, В. А. Иванов, Н. В. Рябова и др. // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике: Тезисы докладов XV Конференции молодых ученых, Иркутск, 11–16 сентября 2017 года. – Иркутск: Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук, 2017. С. 67.
5. Чучуева И. А. Модель прогнозирования временных рядов по выборке максимального подобия: специальность 05.13.18 "Математическое моделирование, численные методы и комплексы программ": диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук / Чучуева Ирина Александровна. Москва, 2012. 154 с.
6. Chen T., & Guestrin C. XGBoost: A Scalable Tree Boosting System // In Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining. New York, NY, USA: ACM. 2016. Pp. 785–794. https://doi.org/10.1145/2939672.2939785
7. Иванов В. А., Рябова Н. В. Линейное прогнозирование структурных функций ионосферных радиоканалов с использованием данных зондирования многоэлементным ЛЧМ-сигналом // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Серия: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2017. № 1(33). С. 26-37. DOI 10.15350/2306-2819.2017.1.26.
8. Технология программно-определяемого радио в задаче последовательного зондирования ионосферных каналов высокочастотной связи / Д. В. Иванов, В. А. Иванов, Н. В. Рябова и др. // Радиотехника и электроника. 2016. Т. 61. № 7. С. 629–638. DOI 10.7868/S0033849416070068.
9. Моделирование и исследование ионограмм наклонного зондирования ВЧ-радиоканалов для трасс различной протяженности с использованием цифрового ионозонда на платформе USRP / В. В. Овчинников, А. Р. Лащевский, Д. В. Иванов и др. // Системы синхронизации, формирования и обработки сигналов. 2017. Т. 8. № 1. С. 104-108.
10. Экспериментальная оценка ключевых параметров множества парциальных каналов КВ-связи с использованием USRP платформы / Д. В. Иванов, В. А. Иванов, Н. В. Рябова и др. // Международная Байкальская молодежная научная школа по фундаментальной физике. Взаимодействие полей и излучения с веществом: Труды Международной Байкальской молодежной научной школы и XVI Конференции молодых ученых, Иркутск, 16–21 сентября 2019 года. Иркутск: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Ордена Трудового Красного Знамени Институт солнечно-земной физики Сибирского отделения Российской академии наук, 2019. С. 241-244.
11. Bergstra J., Yamins D., Cox D. D. (2013) Making a Science of Model Search: Hyperparameter Optimization in Hundreds of Dimensions for Vision Architectures // To appear in Proc. of the 30th International Conference on Machine Learning (ICML 2013). Atlanta, Georgia, USA, 2013. JMLR: W&CP vol. 28. Pp. 1–9.
Для цитирования: Конкин Н. А. Методика и алгоритм определения периодов оперативного прогнозирования динамики максимально применимых частот КВ-связи на основе алгоритма машинного обучения XGBoost // Вестник Поволжского государственного технологического университета. Сер.: Радиотехнические и инфокоммуникационные системы. 2022. № 3 (55). С. 6-16. DOI: https://doi.org/10.25686/2306-2819.2022.3.6
Отдел научных программ, интеллектуальной собственности и НИРС
(8362) 68-60-13, аудитория 404 (I) – НИРС, гранты
(8362) 68-60-09, 68-60-62 аудитория 423(I) – ОИС, публикации