<?xml version="1.0" encoding="UTF-8"?>
<!DOCTYPE article PUBLIC "-//NLM//DTD JATS (Z39.96) Journal Publishing DTD v1.3 20210610//EN" "JATS-journalpublishing1-3.dtd">
<article article-type="research-article" dtd-version="1.3" xmlns:mml="http://www.w3.org/1998/Math/MathML" xmlns:xlink="http://www.w3.org/1999/xlink" xmlns:xsi="http://www.w3.org/2001/XMLSchema-instance" xml:lang="ru"><front><journal-meta><journal-id journal-id-type="publisher-id">sibsutis</journal-id><journal-title-group><journal-title xml:lang="ru">Вестник СибГУТИ</journal-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>The Herald of the Siberian State University of Telecommunications and Information Science</trans-title></trans-title-group></journal-title-group><issn pub-type="ppub">1998-6920</issn><publisher><publisher-name>СибГУТИ</publisher-name></publisher></journal-meta><article-meta><article-id pub-id-type="doi">10.55648/1998-6920-2025-19-1-28-44</article-id><article-id custom-type="elpub" pub-id-type="custom">sibsutis-875</article-id><article-categories><subj-group subj-group-type="heading"><subject>Research Article</subject></subj-group><subj-group subj-group-type="section-heading" xml:lang="ru"><subject>Статьи</subject></subj-group></article-categories><title-group><article-title>Обнаружение эффектов солнечных вспышек в вариациях амплитуды СДВ радиосигналов с применением автоенкодера</article-title><trans-title-group xml:lang="en"><trans-title>Detection of solar flare effects in the amplitude variations of VLF radio signals using an autoencoder</trans-title></trans-title-group></title-group><contrib-group><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Нгуен</surname><given-names>Хак Хоанг Зыонг</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Nguyen</surname><given-names>Khac Hoang Duong</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>аспирант, Кафедра «Радиоэлектроники и телекоммуникационных систем», ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ</p></bio><bio xml:lang="en"><p>postgraduate student of the Department of Radio Electronics and Telecommunication Systems,Irkutsk National Research Technical University</p></bio><email xlink:type="simple">hd04011996@gmail.com</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib><contrib contrib-type="author" corresp="yes"><name-alternatives><name name-style="eastern" xml:lang="ru"><surname>Полетаев</surname><given-names>Александр Сергеевич</given-names></name><name name-style="western" xml:lang="en"><surname>Poletaev</surname><given-names>Aleksandr Sergeevich</given-names></name></name-alternatives><bio xml:lang="ru"><p>кандидат физико-математических наук, доцент кафедры «Радиоэлектроники и телекоммуникационных систем», ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ</p></bio><bio xml:lang="en"><p>Cand. Sci. (Phys.–Math.), associate professor of the Department of Radio Electronics andTelecommunication Systems, Irkutsk National Research Technical University</p></bio><email xlink:type="simple">sardaukar9@yandex.ru</email><xref ref-type="aff" rid="aff-1"/></contrib></contrib-group><aff-alternatives id="aff-1"><aff xml:lang="ru"><institution>ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ</institution><country>Вьетнам</country></aff><aff xml:lang="en"><institution>Irkutsk National Research Technical University</institution><country>Viet Nam</country></aff></aff-alternatives><pub-date pub-type="collection"><year>2025</year></pub-date><pub-date pub-type="epub"><day>21</day><month>03</month><year>2025</year></pub-date><volume>19</volume><issue>1</issue><issue-title>Вестник СибГУТИ</issue-title><fpage>28</fpage><lpage>44</lpage><permissions><copyright-statement>Copyright &amp;#x00A9; Нгуен Х., Полетаев А.С., 2025</copyright-statement><copyright-year>2025</copyright-year><copyright-holder xml:lang="ru">Нгуен Х., Полетаев А.С.</copyright-holder><copyright-holder xml:lang="en">Nguyen K., Poletaev A.S.</copyright-holder><license xml:lang="ru" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.</license-p></license><license xml:lang="en" license-type="creative-commons-attribution" xlink:href="https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/" xlink:type="simple"><license-p>This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.</license-p></license></permissions><self-uri xlink:href="https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/875">https://vestnik.sibsutis.ru/jour/article/view/875</self-uri><abstract><p>Обнаружение аномалий в вариациях амплитуды и фазы радиосигналовявляется одним из инструментов исследования динамических свойств канала радиосвязи. Развитие технологий машинного обучения при этом позволяет по-новому подойти к решению актуальных задач радиофизики. Целью настоящей работы является разработкаалгоритма для поиска эффектов солнечных вспышек в вариациях амплитуды СДВ радиосигналов с использованием методов машинного обучения. Представлены разработанные модели нейронной сети на основе автоэнкодера для автоматического обнаружения аномальных изменений амплитуды по данным распространения СДВ радиоволн на трассе JJI (Япония, 22.2 кГц) – Иркутск (пункт приема п. Теплоэнергетик).После обучения нейронная сеть выполняет реконструкцию дневного хода амплитуды сигнала так, чтобы выходные данные максимально соответствовали распространению радиоволн в спокойных условиях. Аномальные изменения сигнала, связанные с возмущением ионосферы во время солнечных вспышек, обнаруживаются путем определения ошибки реконструкции и ее сравнения с рассчитанным пороговымзначением. Порог определяется путем расчета среднего квадратичного значения ошибки восстановления набора обучающих данных. Результаты применения предложенных авторами автоэнкодеров для поиска аномалий показали свою эффективность (общаяточность оказалась близка к 90%). Важным преимуществом метода является возможность поиска аномальных вариаций амплитуды в большом массиве экспериментальных данных с использованием измерений только для рассматриваемого дня. При этом исключаетсявлияние аномалий, присутствующих в соседние дни, как это происходит при использовании усреднения реализаций суточного хода по нескольким дням до и после рассматриваемого события</p></abstract><trans-abstract xml:lang="en"><p>Detection of anomalies in changes in radio signal parameters is one of the tools for studying the dynamic properties of a radio communication channel. The development of machine learning technologies allows us to take a new approach to solving pressing problems in radio physics. The purpose of this work is to develop an algorithm for searching for the effects of solar flares in variations in the amplitude of VLF radio signals using machine learningmethods. The developed models of a neural network based on an autoencoder are presented for automatic detection of anomalous amplitude changes based on the propagation data of VLFradio waves on the JJI (Japan, 22.2 kHz) – Irkutsk (receiving point in Teploenergetik) path. After training, the neural network reconstructs the daily variation of the signal amplitude so that the output data closely matches the propagation under quiet conditions. Anomalous signalchanges associated with ionospheric disturbances during solar flares are detected by determining the reconstruction error and comparing it with a calculated threshold value. The threshold is determined by calculating the root mean square value of the reconstruction error of the training data set. The results of using the autoencoders proposed by the authors to search for</p><p>anomalies have shown their effectiveness (the overall accuracy was close to 90%). An important advantage of the method is the ability to perform an assessment using data only for the measurement day in question, which eliminates the influence of anomalies present on neighboring days.</p></trans-abstract><kwd-group xml:lang="ru"><kwd>сверхдлинные волны</kwd><kwd>автоенкодер</kwd><kwd>солнечные вспышки</kwd><kwd>аномалия</kwd><kwd>нейронная сеть</kwd><kwd>SID</kwd><kwd>ионосфера</kwd></kwd-group><kwd-group xml:lang="en"><kwd>VLF signal</kwd><kwd>autoencoder</kwd><kwd>solar flares</kwd><kwd>anomaly</kwd><kwd>neural network</kwd><kwd>SID</kwd><kwd>ionosphere</kwd></kwd-group></article-meta></front><back><ref-list><title>References</title><ref id="cit1"><label>1</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Савицкий Д. Е., Дунаев М. Е., Зайцев К. С. Выявление аномалий при обработке потоковых данных в реальном времени // International Journal of Open Information Technologies. 2022. Т. 14, No 6. С. 70–75.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">References</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit2"><label>2</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Sarvani A., Venugopal B., Devarakonda N. Anomaly Detection Using K-means Approach and Outliers Detection Technique // Advances in Intelligent Systems and Computing: Soft computing: Theories and applications, Springer. 2019. Vol. 742. P. 375–385.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Savitskiy D. E., Dunaev M. E., Zaitsev K. S. "Vyyavlenie anomalii pri obrabotke potokovykh dannykh v realnom vremeni" [Anomaly Detection in Real-Time Stream Data Processing]. International Journal of Open Information Technologies, 2022, Vol. 14, No. 6, pp. 70–75.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit3"><label>3</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Крашенинников В. Р., Кувайскова Ю. Е., Маленова О. Е., Субботин А. Ю. Обнаружение аномалий на квазипериодических процессах, цилиндрических и круговых изображениях и их системах // Автоматизация процессов управления. 2022. No 4, С. 67–75.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Sarvani A., Venugopal B., Devarakonda N. "Anomaly Detection Using K-means Approach and Outliers Detection Technique." In: Ray K., Sharma T., Rawat S., Saini R., Bandyopadhyay A. (eds) "Soft Computing: Theories and Applications." Advances in Intelligent Systems and Computing, 2019, Vol. 742.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit4"><label>4</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Токарев Д. А., Погребан С.В. Аномалии трафика в ip сетях и их обнаружение // Известия института инженерной физики. 2013. No 4, C. 13–17.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Krascheninnikov V. R., Kuvaiskova Yu. E., Malenova O. E., Subbotin A. Yu. "Obnaruzhenie anomalii na kvaziperiodicheskikh protsessakh, tsilindricheskikh i krugovykh izobrazheniyakh i ikh sistemakh" [Detection of Anomalies in Quasiperiodic Processes, Cylindrical and Circular Images, and Their Systems]. Avtomatizatsiya protsessov upravleniya, 2022, No. 4, pp. 67–75.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit5"><label>5</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Токмачев Д. А., Полетаев А. C., Безрукин А. Г., Ченский А. Г., Засенко В. Е., Губин Н. А. Система синхронизации сверхдлинноволнового интерферометра // Приборы и техника эксперимента. 2014. No 5. С. 77–84.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tokarev D. A., Pogreban S. V. "Anomalii trafika v IP setyakh i ikh obnaruzhenie" [Traffic Anomalies in IP Networks and Their Detection]. Izvestiya Instituta Inzhenernoy Fiziki, 2013, Vol. 4, pp. 13–37.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit6"><label>6</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Гаврилов Б. Г., Ермак В. М., Ляхов А. Н., Поклад Ю. В., Рыбаков В. А., Ряховский И. А. Восстановление параметров среднеширотной нижней ионосферы при солнечных вспышках M- и X-классов // Геомагнетизм и аэрономия. 2020. Т. 60, No 6. С. 762–768.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Tokmachev D. A., Poletaev A. S., Bezrukin A. G., Chensky A. G., Zasenko V. E., Gubin N. A. "Sistema sinkhronizatsii sverkhlinnovolnovogo interferometra" [Synchronization System of an Extremely Long-Wave Interferometer]. Pribory i Tekhnika Eksperimenta, 2014, No. 5, pp. 77–84.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit7"><label>7</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Полетаев А. С., Ченский А. Г., Токмачев Д. А. Регистрация вариаций амплитуды и фазы сигналов навигационных СДВ передатчиков // XIV конференция молодых ученых «Взаимодействие полей и излучения с веществом». Иркутск, 14–18 сентября. 2015. С. 252–255.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Podgorny A. I., Podgorny I. M. "Magnitnyy potok aktivnoy oblasti i yego svyaz' so vspyshkami" [Magnetic Flux of the Active Region and Its Relationship with Flares]. Astronomicheskiy Zhurnal, 2011, Vol. 88, No. 7, pp. 684.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit8"><label>8</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Arenicola O.V., Poletaev A.S., Chensky A.G. Influence of Solar Flares on VLF Radio Waves Propagation over JJI – Irkutsk Path // XIV International scientific-technical conference on Actual Problems of Electronic Instrument Engineering (APEIE – 2018). Novosibirsk, October 2 – 6, 2018. Vol. 1, Part 3, pp. 137 – 140.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Podgorny I. M., Podgorny A. I. "Magnetic Field Distribution in the Flare Productive Active Region NOAA 10720." Journal of Atmospheric and Solar-Terrestrial Physics, 2013, Vol. 92, p. 59.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit9"><label>9</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Беленький М. И., Орлов А. Б., Пронин А. Е., Уваров А. Н. О зависимости величины ВФА СДВ от зенитного угла Солнца на протяженных трассах в различных широтах // Материалы VIII Регион. конф. по распространению радиоволн, СПб, С.-Петербург. гос. ун-т, 29–30 октября 2002 г.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Podgorny A. I., Podgorny I. M., Meshalkina N. S. "Dinamika magnitnogo polya aktivnykh oblastey v predvspyshchnom sostoyanii i vo vremya solnechnykh vspyshk" [Dynamics of Magnetic Fields in Active Regions in the Pre-Flare State and During Solar Flares]. Astronomicheskiy zhurnal (Astronomy Reports), 2015, vol. 92, no. 8, pp. 669.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit10"><label>10</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Жанаева С. Б. К вопросу о подготовке данных при разработке модели нейронной сети // Вестник СибГУТИ. 2022. Т. 16, No 4. C. 69–79.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Kotik D. S., Polyakov S. V., Yashnov V. A. "Vozbuzhdenie volnovoda Zemlya-ionosfera nizkochastotnymi istochnikami, raspolozhennymi v neodnorodnoy ionosfere" [Excitation of Earth-Ionosphere Waveguide by Low-Frequency Sources Located in the Inhomogeneous Ionosphere]. Izvestiya Vuzov. Radiofizika, 1978, Vol. 21, No. 7, pp. 938–944.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit11"><label>11</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Hastie T., Tibshirani R., Friedman J. The Elements of Statistical Learning Data Mining, Inference, and Prediction. Springer Series in Statistics / 2nd Edition, 2017. 764 p.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Zhanaeva S. B. "K voprosu o podgotovke dannykh pri razrabotke modeli neyronnoy seti" [Data Preparation in Neural Network Model Development]. Vestnik SibGUTI, 2022, Vol. 16, No. 4, pp. 69-79.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit12"><label>12</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Грас Д. Data science. Наука о данных с нуля: пер. с англ. СПб: БХВ-Петербург, 2017. 336 с.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Hastie T., Tibshirani R., Friedman J. "The Elements of Statistical Learning: Data Mining, Inference, and Prediction." Springer Series in Statistics, 2nd Edition. NY: Springer, 2017, 764 p.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit13"><label>13</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Львович И. Я., Семенов С. Н., Гладских Н. А., Пронин С. С. Методика прогнозирования медико-демографических показателей на базе методов экспоненциального сглаживания и множественной регрессии // Научно-медицинский вестник центрального Черноземья. 2007. No 27. C. 104–108.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Gras D. "Data Science. Nauka o dannykh s nulya: per. s angl." SPb: BKhV-Peterburg, 2017, 336 s.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit14"><label>14</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">STCE Newsletter for 4 Jan 2016 – 10 Jan 2016 [Электронный ресурс]. URL:http://www.stce.be/newsletter/pdf/2016/STCEnews20160115.pdf (дата обращения: 11.03.2024).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Qu C. et al. "Predictive Anomaly Detection for Marine Diesel Engine based on Echo State Network and Autoencoder." Energy Reports, Elsevier Ltd, 2022, Vol. 8. P. 998–1003</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit15"><label>15</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Chong Q., Zhiguo Z. et al. Predictive anomaly detection for marine diesel engine based on echo state network and autoencoder // Energy Reports. 2022. Vol. 8. P. 998–1003.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Juan Terven, Wang H. et al. Anomaly detection for hydropower turbine unit based on variational modal decomposition and deep autoencoder // Energy Reports. Elsevier Ltd, 2021. Vol. 7. P. 938–946.</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit16"><label>16</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Juan Terven, Wang H. et al. Anomaly detection for hydropower turbine unit based on variational modal decomposition and deep autoencoder // Energy Reports. 2021. Vol. 7. P. 938–946.</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Diana M. Cordova-Esparza, Alfonso Ramirez-Pedraza, Edgar A. Chavez-Urbiola.  Loss Functions and Metrics in Deep Learning [Электронный ресурс].  URL: https://arxiv.org/abs/2307.02694. (accessed: 28.09.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit17"><label>17</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Terven J., Cordova-Esparza D. M., Ramirez-Pedraza A., Chavez-Urbiola E. A., Romero-Gonzalez J. A. Loss Functions and Metrics in Deep Learning. [Электронный ресурс].URL: https://arxiv.org/abs/2307.02694. (дата обращения: 28.09.2023).</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Terven J., Cordova-Esparza D. M., Ramirez-Pedraza A., Chavez-Urbiola E. A., Romero-Gonzalez J. A. Loss Functions and Metrics in Deep Learning. [Электронный ресурс].URL: https://arxiv.org/abs/2307.02694. (дата обращения: 28.09.2023).</mixed-citation></citation-alternatives></ref><ref id="cit18"><label>18</label><citation-alternatives><mixed-citation xml:lang="ru">Diederik P. Kingma, Jimmy Lei Ba. Adam: a method for stochastic optimization // International Conference on Learning Representations. Toulon, april 24–26, 2015</mixed-citation><mixed-citation xml:lang="en">Diederik P. Kingma, Jimmy Lei Ba. Adam: a method for stochastic optimization // International Conference on Learning Representations. Toulon, april 24–26, 2015</mixed-citation></citation-alternatives></ref></ref-list><fn-group><fn fn-type="conflict"><p>The authors declare that there are no conflicts of interest present.</p></fn></fn-group></back></article>
