Научно-исследовательский семинар "Статистический анализ данных космического эксперимента"

Магистратура 2023/2024

Статус: Курс обязательный (Физика)

Направление: 03.04.02. Физика

Кто читает: Базовая кафедра физики космоса Института космических исследований РАН

Где читается: Факультет физики

Когда читается: 1-й курс, 1, 2 модуль

Формат изучения: без онлайн-курса

Охват аудитории: для своего кампуса

Преподаватели: Позаненко Алексей Степанович

Прогр. обучения: Физика

Язык: русский

Кредиты: 6

Контактные часы: 36

Полная версия программы учебной дисциплины

Аннотация

Целями НИС «Статистический анализ данных космического эксперимента» являются: • создание среды для совершенствования и развития своей интеллектуального и культурного уровня, помощь в построении своей траектории профессионального развития и карьеры • развитие навыков проведения профессиональной, в том числе научноисследовательской деятельности в международной среде • формирование навыков задавать и транслировать правовые и этические нормы в профессиональной и социальной деятельности, способности определять, транслировать общие цели в профессиональной и социальной деятельности • формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных инструментов, методов получения и обработки данных в области статистического анализа данных; • развитие умений, основанных на полученных знаниях, позволяющих получать ограничения на параметры астрофизических объектов и их природу, используя результаты различных астрономических наблюдений; • получение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы с использованием специфических методов экспериментальной астрофизики; • получение практических навыков использования данных современных наземных и орбитальных обсерваторий для решения задач исследования космического пространства.

Цель освоения дисциплины

Целями НИС «Статистический анализ данных космического эксперимента» являются: • создание среды для совершенствования и развития своей интеллектуального и культурного уровня, помощь в построении своей траектории профессионального развития и карьеры • развитие навыков проведения профессиональной, в том числе научноисследовательской деятельности в международной среде • формирование навыков задавать и транслировать правовые и этические нормы в профессиональной и социальной деятельности, способности определять, транслировать общие цели в профессиональной и социальной деятельности • формирование у студентов профессиональных компетенций, связанных с использованием современных инструментов, методов получения и обработки данных в области статистического анализа данных; • развитие умений, основанных на полученных знаниях, позволяющих получать ограничения на параметры астрофизических объектов и их природу, используя результаты различных астрономических наблюдений; • получение студентами навыков самостоятельной исследовательской работы с использованием специфических методов экспериментальной астрофизики; • получение практических навыков использования данных современных наземных и орбитальных обсерваторий для решения задач исследования космического пространства.
Научно-исследовательский семинар является одной из форм сквозной организации научно-исследовательской работы магистрантов в течение всего времени обучения, создающей условия для формирования компетенций комплексного применения знаний и навыков, получаемых в ходе обучения по всем другим дисциплинам программы, в процессе создания магистерской диссертации. Работа в НИС должна давать магистранту начальный опыт деятельности в профессиональном сообществе. Для полноценной работы в семинаре магистранты должны владеть знаниями, навыками и компетенциями всех дисциплин учебного плана программы (по мере их изучения). Логическим продолжением научно-исследовательского семинара выступает проект по тематике Базовой кафедры и научно-исследовательского семинара. Проект, также как и НИС, относится к Блоку 2 «Практики, проектная и/или научно-исследовательская работа» учебного плана образовательной программы. Материалы проектной работы могут быть использованы при выполнении части ВКР. Проект носит характер научного исследования. Основные задачи проекта: - применение полученных теоретических знаний при решении конкретных задач по направлению подготовки; - стимулирование навыков самостоятельной исследовательской и аналитической работы; - презентация навыков публичной дискуссии и защиты результатов проектной работы, предложений и рекомендаций. Проектная работа регулируется Положением о проектной, научно-исследовательской деятельности и практиках студентов Национального исследовательского университета «Высшая школа экономики».

Планируемые результаты обучения

знают характерные задачи обработки.
могут провести сравнение выборок и проверку гипотез.
умеют вычислить функции авто и кросс корреляции
умеют вычислять среднее, дисперсию и другие моменты.
умеют определять белый и цветной шум в космических данных
умеют определять в космических данных направления распространения и поляризации волны
умеют оценить ошибки вычисления.
умеют подготовить сигнал: дискретизация, частота Найквиста, вычитание тренда и т.п.
умеют применять вейвлеты для анализа данных
умеют применять стандартные методы для разделения сигнала и статистического шума
умеют применять усреднение, дифференцирование и другие разностные методы как частный случай цифрового фильтра

Содержание учебной дисциплины

Виды одномерных данных космического и наземного геофизического эксперимента. Характерные задачи обработки.
Данные как случайный процесс. Эргодичность и стационарность. Нормальное распределение. Белый и цветной шум.
Среднее, дисперсия и другие моменты. Ошибки вычисления. Сравнение выборок и проверка гипотез. Параметрические и непараметрические методы
Функции авто и кросс корреляции
Преобразование Фурье. Периодограмма. Подготовка сигнала: дискретизация, частота Найквиста, вычитание тренда и т.п. Функция спектральной плотности мощности (авто-спектр). Оценки достоверности. Усреднение по частотам и по реализациям
Модели скользящего среднего и авторегресии. Устойчивость. Частотная и фазовая характеристики. Усреднение, дифференцирование и другие разностные методы как частный случай цифрового фильтра
Прочие методы спектрального оценивания. Вейвлетные преобразования. Спектральное III. Оц по функции корреляции. Использование моделей скользящего среднего и авторегрессии
Многокомпонентные сигналы. Матрица корреляции во временном и частотном диапазонах. Определение направления распространения и поляризации волны. Кросс-спектры. Функции когерентности и фазы, Понятие о би-спектрах. Использование многоточечных измерений для определения пространственных характеристик
Аппроксимация. Метод наименьших квадратов. Метод максимального правдоподобия. Данные, получаемые методом накопления. Разделение сигнала и статистического шума

Элементы контроля

Контрольная работа
Текущий контроль предусматривает одну контрольную работу в конце 1-го модуля. Контрольная работа включает письменное решение 2-х задач в билете по темам пройденного материала в течение 1.5 часа.
Домашняя работа
Домашняя работа включает практическую работу с данными космического эксперимента и состоит из 4-х заданий, выполняемых самостоятельно
Экзамен
Итоговый контроль - экзамен в конце 2-го модуля. Проводится устно в формате подготовки ответа на 2 вопросы в билете и беседы по программе курса. Билет содержит 2 вопроса по материалам лекций и семинаров

Промежуточная аттестация

2023/2024 учебный год 2 модуль
0.25 * Домашняя работа + 0.25 * Контрольная работа + 0.5 * Экзамен

Список литературы

Авторы

Панкратова Елена Игоревна
Позаненко Алексей Степанович

Программа дисциплины