Identification and denoising of radio signals from cosmic-ray air showers using convolutional neural networks

Abbasi, R.; Hill, G. C.; Krieger, N.; Koirala, R.; Shah, R.; Sandrock, A.; Conrad, J. M.; Spannfellner, C.; Huber, T.; Durnford, D.; Procter-Murphy, R.; Sommani, G.; Przybylski, G. T.; Yildizci, E.; Snihur, R.; Dueser, L.; Seunarine, S.; Finley, C.; Moore, R. W.; Rawlins, K.; Delmeulle, T.; Kamp, N.; Jin, M.; Hymon, K.; Amin, N. M.; Weyrauch, M.; Haack, C.; Vaidyanathan, A.; Bash, S.; Thompson, W. G.; Ahlers, M.; Montaruli, T.; Schröder, F. G.; Naumann, U.; Necker, J.; Pernice, T.; Thwaites, J.; Nakos, M.; Ruohan, L.; Ruhe, T.; Kozynets, T.; Pyras, L.; Makino, Y.; Obertacke, A.; Zegarelli, A.; Lyu, Y.; Reistroffer, I.; Ryckbosch, D.; Rhode, W.; Benkel, B.; Bloom, L.; Niederhausen, H.; Dutta, K.; Beise, J.; Kiryluk, J.; Soldin, P.; Schindler, S.; Jansson, M.; Griswold, S.; Santander, M.; Domi, A.; Alameddine, J. M.; Agarwalla, S. K.; Wolf, M.; Koundal, P.; Sarkar, S.; Ackermann, M.; Soedingrekso, J.; Roberts, E. J.; Ashida, Y.; Fazely, A. R.; Esmail, W.; Klein, C.; DiKerby, S.; Schlüter, F.; Mechbal, S.; van Santen, J.; Krupczak, E.; Ehrhardt, T.; Behrens, P.; Collin, G. H.; Vereecken, M.; Gutjahr, P.; Spiering, C.; O'Dell, V.; Parenti, A.; Upadhyay, A. K.; Zhang, S.; Madsen, J.; Kumar, A.; Merckx, Y.; Lazar, J. P.; Tilav, S.; Deng, S.; Balagopal V., A.; Warrick, E. H. S.; Raab, C.; Lucarelli, F.; Pries, B.; Resconi, E.; Parrish, V.; Kelley, J. L.; Ganster, E.; Dittmer, M.; Krishnamoorthi, J.; Pandya, H.; Bontempo, F.; Engel, R.; Hickford, S.; Bay, R.; Blot, S.; Stamatikos, M.; Aguilar, J. A.; Kardum, L.; Shimizu, N.; Leszczy´nska, A.; Halzen, F.; Desiati, P.; Mauro, J.; Liu, Y. T.; Andeen, K.; Schumacher, L.; Hewett, R.; Kolanoski, H.; Poojyam, V.; Luszczak, W.; McNally, F.; Mand, A.; Thiesmeyer, M.; Adams, J.; Sclafani, S.; Ellinger, E.; Khatee Zathul, A.; Van Rootselaar, L.; Mayhew, F.; Ha Minh, M.; Schlüter, B.; Medina, A.; Stezelberger, T.; Maruyama, R.; Molina, P. Gálvez; Draper, L.; Henke, B.; Rehman, A.; Søgaard, A.; Seen, L.; Grant, D.; Chirkin, D.; Schaufel, M.; Riedel, B.; Argüelles, C.; Hennig, L.; Hooper, D.; Morii, Y.; Rodriguez, M. Prado; Köpke, L.; Upshaw, K.; Hatch, P.; Varsi, F.; Karg, T.; Ali, S.; Kopper, C.; Taboada, I.; Hmaid, R.; Campana, M. A.; Mitchell, J.; Klein, S. R.; Hidvegi, A.; Mukherjee, T.; Lad, N.; Kurahashi, N.; Karle, A.; Marka, Z.; Novikov, A.; Cowen, D. F.; Groth, K. M.; Lamoureux, M.; Hamacher, L.; DeLaunay, J. J.; Chau, N.; Peterson, J.; Bernardini, E.; Katil, A.; Kang, X.; Berley, D.; Chattopadhyay, S.; Neste, L.; Bai, X.; Schmeisser, N.; Wendt, C.; Hardin, J.; Ter-Antonyan, S.; Rack-Helleis, J.; Sevle Myhr, P. A.; Leonard DeHolton, K.; Young, R.; Lu, L.; Karl, M.; Schlickmann, L.; de Vries, K. D.; Fox, D.; Stanev, T.; Kang, W.; Rechav, Z.; Olivas, A.; Coleman, P.; Handt, M.; Motzkin, J. Y. Book; Van Eeden, T.; Eimer, A.; Zhelnin, P.; IceCube Collaboration; Skrzypek, B.; Janik, O.; Wrede, G.; Hellrung, J.; Harnisch, A. A.; Lauber, F.; Gerhardt, L.; Reusch, S.; Meier, M.; Salazar-Gallegos, D.; Haungs, A.; Yu, S.; Boscolo Meneguolo, C.; Hostert, M.; Braun, J.; Goswami, S.; Hori, S.; Clark, B. A.; Eller, P.; Paul, L.; Burley, R. T.; BenZvi, S.; DeYoung, T.; Thakuri, A.; Gallagher, J.; Orsoe, R.; Kullgren, D.; Griffin, S.; de Wasseige, G.; Yu, F.; Walck, C.; Shefali, S.; Granados, A.; Garcia, A.; Botner, O.; Häußler, J.; Wiebusch, C. H.; Becker Tjus, J.; Witthaus, L.; Hanson, K.; Athanasiadou, S.; Xu, X. W.; Garg, G.; Halve, L.; Vijai, A.; Nisa, M. U.; Valtonen-Mattila, N.; Erpenbeck, H.; Marka, S.; Farrag, K.; Zilberman, P.; Corley, R.; Lagunas Gualda, C.; Hultqvist, K.; Fedynitch, A.; Noda, K.; Williams, D. R.; Stuttard, T.; Moyaux, E.; Evenson, P. A.; Ricca, L.; Rad, N.; Schmidt, T.; Hoshina, K.; Magnus, E.; Butterfield, D.; Kowalski, M.; Fürst, P.; van Eijndhoven, N.; Böttcher, J.; Villarreal, J.; Feigl, N.; Chen, Z.; Rott, C.; Zhang, Z.; Hou, W.; Eulig, S.; Choi, S.; Connolly, A.; Axani, S. N.; Guevel, D.; Barwick, S. W.; Mead, J. V.; Yuan, T.; Manao, E.; Rongen, M.; Günther, C.; Trettin, A.; Martinez-Soler, I.; Carloni, K.; Soldin, D.; Vandenbroucke, J.; Terliuk, A.; Kobayashi, Y.; Heuermann, L.; Carpio, J.; Molchany, L.; Schaile, P.; Stachurska, J.; Yanez, J. P.; Gray, S. J.; Werthebach, J.; Kun, E.; O'Sullivan, E.; Whitehorn, N.; Kappes, A.; Bellenghi, C.; DuVernois, M. A.; Krishnan, T.; Coleman, A.; Weaver, C.; Weigel, P.; Neumann, M.; Meagher, K.; Schwirn, S.; Veske, D.; Kang, D.; Heyer, N.; Eidenschink, L.; Mousadi, D.; Hrywniak, M.; Fischer, L.; Plum, M.; Bodo, I.; De Clercq, C.; Yoshida, S.; Hill, C.; Ha, C.; Rifaie, A.; Genton, E.; Vara, J.; Vergara Carrasco, S.; Osborn, J.; Love, C.; Lin, C.; Scarnera, M.; Saffer, J.; Tollefson, K.; Fang, K.; Toscano, S.; Gonzalez, J. G.; Venugopal, M.; Naab, R.; Díaz-Vélez, J. C.; Fan, K. L.; Schieler, H.; Koskinen, D. J.; Liao, J.; Rosted, A.; Iwakiri, W.; Marten, L.; Beatty, J. J.; Franckowiak, A.; Liubarska, M.; Jeong, M.; Sullivan, G. W.; Brinson, B.; Jain, S.; Evans, J.; Spiczak, G. M.; Popovych, Y.; Khanal, M.; Elsässer, D.; Kimku, H.; Moulai, M.; Kheirandish, A.; Hallgren, A.; Sanger-Johnson, G.; Tosi, D.; Mancina, S.; Blaufuss, E.; Henningsen, F.; Stürwald, T.; Rho, C. D.; Paudel, E. N.; Böser, S.; Ravn, M.; Larson, M. J.; Jacquart, M.; Merten, L.; Coloma Borja, D. A.; Sampathkumar, P.; Kruiswijk, K.; Babu, R.; Arnaud, L. Lallement; Seikh, M.; Savelberg, J.; Baines-Holmes, J.; Ishihara, A.; Kochocki, A.; Kontrimas, T.; Hoffman, K. D.; Helbing, K.; Mosbrugger, A.; Mariş, I. C.; Kauer, M.; de los Heros, C. Pérez; Brisson-Tsavoussis, Z.; Basu, V.; Fukami, S.; Park, N.; Weldert, J.; Ghadimi, A.; Pontén, A.; Glaser, C.; Wen, A. Y.; Delgado, D.; Wang, A.; Palusova, V.; Besson, D. Z.; Noell, A.; Valverde, J.; Yao, Y.; Glüsenkamp, T.; Seckel, D.; Garcia, M.; Weindl, A.; Verpoest, S.

doi:10.1103/xw99-zq7j

Journal Article

PUBDB-2026-03102

Identification and denoising of radio signals from cosmic-ray air showers using convolutional neural networks

Abbasi, R. ; Ackermann, M.DESY* ; Adams, J. ; Agarwalla, S. K. ; Aguilar, J. A. ; Ahlers, M. ; Alameddine, J. M. ; Ali, S. ; Amin, N. M. ; Andeen, K. ; Argüelles, C. ; Ashida, Y. ; Athanasiadou, S. ; Axani, S. N. ; Babu, R. ; Bai, X. ; Baines-Holmes, J. ; Balagopal V., A. ; Barwick, S. W. ; Bash, S. ; Basu, V. ; Bay, R. ; Beatty, J. J. ; Becker Tjus, J. ; Behrens, P. ; Beise, J. ; Bellenghi, C. ; Benkel, B. ; BenZvi, S. ; Berley, D. ; Bernardini, E.Extern* ; Besson, D. Z. ; Blaufuss, E. ; Bloom, L. ; Blot, S.DESY* ; Bodo, I. ; Bontempo, F. ; Motzkin, J. Y. B. ; Boscolo Meneguolo, C. ; Böser, S. ; Botner, O. ; Böttcher, J. ; Braun, J. ; Brinson, B. ; Brisson-Tsavoussis, Z. ; Burley, R. T. ; Butterfield, D. ; Campana, M. A. ; Carloni, K. ; Carpio, J. ; Chattopadhyay, S. ; Chau, N. ; Chen, Z. ; Chirkin, D. ; Choi, S. ; Clark, B. A. ; Coleman, A. ; Coleman, P. ; Collin, G. H. ; Coloma Borja, D. A. ; Connolly, A. ; Conrad, J. M. ; Corley, R. ; Cowen, D. F. ; De Clercq, C. ; DeLaunay, J. J. ; Delgado, D. ; Delmeulle, T. ; Deng, S. ; Desiati, P. ; de Vries, K. D. ; de Wasseige, G. ; DeYoung, T. ; Díaz-Vélez, J. C. ; DiKerby, S. ; Dittmer, M. ; Domi, A. ; Draper, L. ; Dueser, L. ; Durnford, D. ; Dutta, K. ; DuVernois, M. A. ; Ehrhardt, T. ; Eidenschink, L. ; Eimer, A. ; Eller, P. ; Ellinger, E. ; Elsässer, D. ; Engel, R. ; Erpenbeck, H. ; Esmail, W. ; Eulig, S. ; Evans, J. ; Evenson, P. A. ; Fan, K. L. ; Fang, K. ; Farrag, K. ; Fazely, A. R. ; Fedynitch, A. ; Feigl, N. ; Finley, C. ; Fischer, L.DESY* ; Fox, D. ; Franckowiak, A.Extern* ; Fukami, S. ; Fürst, P. ; Gallagher, J. ; Molina, P. G. ; Ganster, E. ; Garcia, A. ; Garcia, M. ; Garg, G. ; Genton, E. ; Gerhardt, L. ; Ghadimi, A. ; Glaser, C.Extern* ; Glüsenkamp, T.DESY* ; Gonzalez, J. G. ; Goswami, S. ; Granados, A. ; Grant, D. ; Gray, S. J. ; Griffin, S. ; Griswold, S. ; Groth, K. M. ; Guevel, D. ; Günther, C. ; Gutjahr, P. ; Ha, C. ; Haack, C. ; Hallgren, A. ; Halve, L. ; Halzen, F. ; Hamacher, L. ; Ha Minh, M. ; Handt, M. ; Hanson, K. ; Hardin, J. ; Harnisch, A. A. ; Hatch, P. ; Haungs, A. ; Häußler, J. ; Helbing, K. ; Hellrung, J. ; Henke, B. ; Hennig, L. ; Henningsen, F. ; Heuermann, L. ; Hewett, R. ; Heyer, N. ; Hickford, S. ; Hidvegi, A. ; Hill, C. ; Hill, G. C. ; Hmaid, R. ; Hoffman, K. D. ; Hooper, D. ; Hori, S. ; Hoshina, K. ; Hostert, M. ; Hou, W. ; Hrywniak, M. ; Huber, T. ; Hultqvist, K. ; Hymon, K. ; Ishihara, A. ; Iwakiri, W. ; Jacquart, M. ; Jain, S. ; Janik, O. ; Jansson, M. ; Jeong, M. ; Jin, M. ; Kamp, N. ; Kang, D. ; Kang, W. ; Kang, X. ; Kappes, A. ; Kardum, L. ; Karg, T.DESY* ; Karl, M. ; Karle, A. ; Katil, A. ; Kauer, M. ; Kelley, J. L. ; Khanal, M. ; Khatee Zathul, A. ; Kheirandish, A. ; Kimku, H. ; Kiryluk, J. ; Klein, C. ; Klein, S. R. ; Kobayashi, Y. ; Kochocki, A. ; Koirala, R. ; Kolanoski, H.Extern* ; Kontrimas, T. ; Köpke, L. ; Kopper, C. ; Koskinen, D. J. ; Koundal, P. ; Kowalski, M.DESY* ; Kozynets, T. ; Krieger, N. ; Krishnamoorthi, J. ; Krishnan, T. ; Kruiswijk, K. ; Krupczak, E. ; Kullgren, D. ; Kumar, A. ; Kun, E. ; Kurahashi, N. ; Lad, N. ; Lagunas Gualda, C.Extern* ; Arnaud, L. L. ; Lamoureux, M. ; Larson, M. J. ; Lauber, F. ; Lazar, J. P. ; Leonard DeHolton, K. ; Leszczy´nska, A. ; Liao, J. ; Lin, C. ; Liu, Y. T. ; Liubarska, M. ; Love, C. ; Lu, L. ; Lucarelli, F. ; Luszczak, W. ; Lyu, Y. ; Madsen, J. ; Magnus, E. ; Makino, Y. ; Manao, E. ; Mancina, S. ; Mand, A. ; Mariş, I. C. ; Marka, S. ; Marka, Z. ; Marten, L. ; Martinez-Soler, I. ; Maruyama, R. ; Mauro, J. ; Mayhew, F. ; McNally, F. ; Mead, J. V. ; Meagher, K. ; Mechbal, S. ; Medina, A. ; Meier, M. ; Merckx, Y. ; Merten, L. ; Mitchell, J. ; Molchany, L. ; Montaruli, T. ; Moore, R. W. ; Morii, Y. ; Mosbrugger, A. ; Moulai, M. ; Mousadi, D. ; Moyaux, E. ; Mukherjee, T. ; Naab, R.DESY* ; Nakos, M. ; Naumann, U. ; Necker, J.DESY* ; Neste, L. ; Neumann, M. ; Niederhausen, H. ; Nisa, M. U. ; Noda, K. ; Noell, A. ; Novikov, A. ; Obertacke, A. ; O'Dell, V. ; Olivas, A. ; Orsoe, R. ; Osborn, J. ; O'Sullivan, E. ; Palusova, V. ; Pandya, H. ; Parenti, A. ; Park, N. ; Parrish, V. ; Paudel, E. N. ; Paul, L. ; de los Heros, C. P. ; Pernice, T. ; Peterson, J. ; Plum, M. ; Pontén, A. ; Poojyam, V. ; Popovych, Y. ; Rodriguez, M. P. ; Pries, B. ; Procter-Murphy, R. ; Przybylski, G. T. ; Pyras, L. ; Raab, C. ; Rack-Helleis, J. ; Rad, N.Extern*DESY* ; Ravn, M. ; Rawlins, K. ; Rechav, Z. ; Rehman, A. ; Reistroffer, I. ; Resconi, E. ; Reusch, S. ; Rho, C. D. ; Rhode, W. ; Ricca, L. ; Riedel, B. ; Rifaie, A. ; Roberts, E. J. ; Rongen, M. ; Rosted, A. ; Rott, C. ; Ruhe, T. ; Ruohan, L. ; Ryckbosch, D. ; Saffer, J. ; Salazar-Gallegos, D. ; Sampathkumar, P. ; Sandrock, A. ; Sanger-Johnson, G. ; Santander, M. ; Sarkar, S. ; Savelberg, J. ; Scarnera, M. ; Schaile, P. ; Schaufel, M. ; Schieler, H. ; Schindler, S. ; Schlickmann, L. ; Schlüter, B. ; Schlüter, F. ; Schmeisser, N. ; Schmidt, T. ; Schröder, F. G. ; Schumacher, L. ; Schwirn, S. ; Sclafani, S. ; Seckel, D. ; Seen, L. ; Seikh, M. ; Seunarine, S. ; Sevle Myhr, P. A. ; Shah, R. ; Shefali, S. ; Shimizu, N. ; Skrzypek, B. ; Snihur, R. ; Soedingrekso, J. ; Søgaard, A. ; Soldin, D. ; Soldin, P. ; Sommani, G. ; Spannfellner, C. ; Spiczak, G. M. ; Spiering, C.DESY* ; Stachurska, J. ; Stamatikos, M. ; Stanev, T. ; Stezelberger, T. ; Stürwald, T. ; Stuttard, T. ; Sullivan, G. W. ; Taboada, I. ; Ter-Antonyan, S. ; Terliuk, A. ; Thakuri, A. ; Thiesmeyer, M. ; Thompson, W. G. ; Thwaites, J. ; Tilav, S. ; Tollefson, K. ; Toscano, S. ; Tosi, D. ; Trettin, A. ; Upadhyay, A. K. ; Upshaw, K. ; Vaidyanathan, A. ; Valtonen-Mattila, N. ; Valverde, J. ; Vandenbroucke, J. ; Van Eeden, T. ; van Eijndhoven, N. ; Van Rootselaar, L. ; van Santen, J. ; Vara, J. ; Varsi, F. ; Venugopal, M. ; Vereecken, M. ; Vergara Carrasco, S. ; Verpoest, S. ; Veske, D. ; Vijai, A. ; Villarreal, J. ; Walck, C. ; Wang, A. ; Warrick, E. H. S. ; Weaver, C. ; Weigel, P. ; Weindl, A. ; Weldert, J. ; Wen, A. Y. ; Wendt, C. ; Werthebach, J. ; Weyrauch, M. ; Whitehorn, N. ; Wiebusch, C. H. ; Williams, D. R. ; Witthaus, L. ; Wolf, M. ; Wrede, G. ; Xu, X. W. ; Yanez, J. P. ; Yao, Y. ; Yildizci, E. ; Yoshida, S. ; Young, R. ; Yu, F. ; Yu, S. ; Yuan, T. ; Zegarelli, A. ; Zhang, S. ; Zhang, Z. ; Zhelnin, P. ; Zilberman, P. ; IceCube Collaboration (Collaboration Author)

2026
American Physical Society Ridge, NY

Physical review / D 113(12), 122002 (2026) [10.1103/xw99-zq7j]

This record in other databases:

Please use a persistent id in citations: doi:10.1103/xw99-zq7j doi:10.3204/PUBDB-2026-03102

Report No.: arXiv:2508.14711

Abstract: Radio pulses generated by cosmic-ray air showers can be used to reconstruct key properties like the energy and depth of the electromagnetic component of cosmic-ray air showers. Radio detection threshold, influenced by natural and anthropogenic radio background, can be reduced through various techniques. In this work, we demonstrate that convolutional neural networks (CNNs) are an effective way to lower the threshold. We developed two CNNs: a classifier to distinguish radio signal waveforms from background noise and a denoiser to clean contaminated radio signals. Following the training and testing phases, we applied the networks to air-shower data triggered by scintillation detectors of the prototype station for the enhancement of IceTop, IceCube’s surface array at the South Pole. Over a four-month period, we identified 554 cosmic-ray events in coincidence with IceTop, approximately five times more compared to a reference method based on a cut on the signal-to-noise ratio. Comparisons with IceTop measurements of the same air showers confirmed that the CNNs reliably identified cosmic-ray radio pulses and outperformed the reference method. Additionally, we find that CNNs reduce the false-positive rate of air-shower candidates and effectively denoise radio waveforms, thereby improving the accuracy of the power and arrival time reconstruction of radio pulses.

Classification:

ddc:530

Contributing Institute(s):

Neutrinoastronomie / Kosmologie (Z_NA)

Research Program(s):

613 - Matter and Radiation from the Universe (POF4-613) (POF4-613)

Experiment(s):

IceCube South Pole Neutrino Observatory

Database coverage:
Medline

;

;

;

; Clarivate Analytics Master Journal List ; Current Contents - Electronics and Telecommunications Collection ; Current Contents - Physical, Chemical and Earth Sciences ; Ebsco Academic Search ; Essential Science Indicators ; IF >= 5 ; JCR ; SCOAP3 sponsored Journal ; SCOPUS ; Science Citation Index Expanded ; Web of Science Core Collection

Click to display QR Code for this record

The record appears in these collections:
Private Collections > >DESY > >ZEUTHEN > Z_NA
Document types > Articles > Journal Article
Public records
Publications database
OpenAccess

Linked articles:

Preprint Abbasi, R. ; Ackermann, M.DESY* ; Adams, J. ; et al
Identification and Denoising of Radio Signals from Cosmic-Ray Air Showers using Convolutional Neural Networks
(2025)2025 arXiv Files Fulltext by arXiv.org BibTeX | EndNote: XML, Text | RIS

Record created 2026-10-15, last modified 2026-10-16

Similar records

OpenAccess:

PDF

PDF (PDFA)
External link:

Fulltext by arXiv.org

Rate this document:

(Not yet reviewed)

Add to personal basket
Export as Author List with IDs BibTeX (UTF-8), EndNote XML, EndNote Text, RIS, MARC, Print MARC, MARCXML, DC,
Request correction
Submit fulltext

guest :: login PUBDB
		Search		Submit		Personalize Your alerts Your baskets Your searches		Help