Automatic Scaling of Vertical Ionograms Based on Generative Adversarial Network

缩放比例 对抗制 离子图 计算机科学 生成语法 生成对抗网络 算法 人工智能 数学 几何学 物理 深度学习 等离子体 量子力学 电子密度
作者
Wen Liu,Xinxin Huang,Na Wei,Zhongxin Deng
出处
期刊:Radio Science [Wiley]
卷期号:60 (3) 被引量:3
标识
DOI:10.1029/2024rs008123
摘要

Abstract Ionospheric vertical sounding is a well‐established and widely used ground‐based technique for ionospheric detection. Efficient and accurate automatic scaling of ionograms is crucial for real‐time applications of vertical sounding. However, current scaling methods face challenges in achieving precise trace segmentation due to noise, interference, and various ionospheric disturbances. This paper proposes a deep learning model for ionogram automatic scaling based on generative adversarial network (GAN), which is named IASGAN. The model integrates a 50‐layer residual network (ResNet50) and a feature pyramid network (FPN) as the generator, with a multi‐layer convolutional neural network (CNN) as the discriminator. Given a vertical ionogram, the generator produces segmentation result that closely resemble the corresponding label, while the discriminator provides feedback loss to the generator for adversarial training, thereby enhancing the segmentation performance of the generator. Experimental results demonstrate that the IASGAN model can precisely and effectively autoscale E, F1, and F2 layer traces. Compared to existing scaling methods, the IASGAN model can produce finer trace extraction from ionograms, with a mean maximum critical frequency absolute deviation (D‐MCF) of 0.0803 MHz and a mean minimum virtual height absolute deviation (D‐MEH) of 5.8205 km. This capability can provide technical support for the extraction of characteristic parameters and ionospheric inversion, which is significant for real‐time acquisition of ionospheric characteristics and structure information.
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