Trigonometrik B-spline tabanlı küresel dikey toplam elektron içeriğinin uzun kısa süreli bellek (LSTM) ile tahmini

İyonosferin kısa dönemli tahmini, hem tek frekanslı konumlandırma ve navigasyon yarı gerçek zamanlıya uygulamalar için hem de veri asimilasyon yöntemleri ile iyonosferin izlenmesi için önemli bir konudur. Bu çalışmada, küresel iyonosferin Trigonometrik B-spline temelinde kısa dönemli tahmini, hem LSTM gibi Derin Öğrenme yöntemleri hem de SARIMA gibi geleneksel yöntemlerle incelenmiştir. Ayrıca Temel Bileşen Analizi ile boyut küçültme de incelenmiştir. Küresel İyonosfer'in Trigonometrik B-spline katsayı zaman serisi, IONEX formatında yaklaşık 20 yıllık IGS küresel iyonosfer haritaları kullanılarak katsayılar üretilerek elde edilmiştir. Veriler incelendikten sonra trend bazında iki farklı yöntem önerilmiştir. Biri trendin sabit olduğunu varsayarken, diğeri Facebook Prophet tarafından lineer trend ve yıllık trendin bir kombinasyonu kullanır. LSTM ve SARIMA modellerinin performansı, bireysel B-spline katsayısının tahmininde ve ayrıca Mekansal Ortalama ve Temel Bileşenlerin tahmin edilmesi açısından çalışılmıştır. Ayrıca blok tabanlı bir LSTM modeli önerilmiştir. Her yöntem için en iyi model, hiper parametre araması yoluyla belirlenir. Daha sonra her yöntemin en iyi modeli hem normal hem de fırtınalı iyonosferik koşullardaki günlerde karşılaştılmıştır. Sonuçlara göre SARIMA modeli ile boyut küçültme kombinasyonu, hem normal hem de fırtınalı günlerde, persistence iyonosfer modeline göre sırasıyla \%56.17 ve \%32.59 iyileştirme ile daha iyi performans göstermektedir. Önerilen blok tabanlı LSTM modeli, özellikle 00:00 UT civarında normal günlerde \%15, PCA LSTM model ile 21\% iyileştirme ile SARIMA modeline yakın sonuçlar vermektedir. Ayrıca 2010 yili için seçilmiş günlerde PCA SARIMA modelde 56\%'lara varan iyileşme sağlanmıştır. LSTM bir kara kutu model yapısı sağlamasına rağmen, LSTM modellerinin eğitiminde SARIMA modelinin parametrelerine dayali öznitelik mühendisliği yapılarak daha iyi sonuçlar elde edilebilir.