ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫЕ АЛГОРИТМЫ И МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ОПТИЧЕСКИХ СИСТЕМ И НЕЛИНЕЙНОЙ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ

Целью выполнения проекта в целом является разработка новых теоретических подходов к обработке сигналов в нелинейных физических системах, а также применение этих методов в приложениях, в частности в оптоволоконных линиях связи и нелинейных оптических системах. Также целью проекта является исследование с помощью методов численного моделирования нелинейного распространения оптических сигналов по линиям связи, основанных на технологии пространственного уплотнения каналов с использованием многосердцевинных и многомодовых световодов. Данные цели направлены на усовершенствование процессов численного моделирования в многомодовых и многосердцевинных световодах и выявления особенностей такого распространения, а также на разработку оптических нейронных сетей на основе синтетических фотонных решеток, в том числе и для обработки сигналов в оптоволоконных линиях связи. В ходе работы была предложена схема обработки оптических сигналов в приемнике многомодовой линии связи, основанная на глубоких свёрточных нейронных сетях и имитирующая метод обратного распространения сигнала. На отчетном этапе с помощью численного моделирования проведено сравнение качества передачи данных при использовании различных методов компенсации нелинейности и показано значительное снижение коэффициента битовых ошибок в случае использования предложенной схемы за счет эффективной компенсации внутримодовых и межмодовых нелинейных взаимодействий. Целью работы также являлось согласование численных алгоритмов для решения прямой и обратной задачи рассеяния для системы Захарова-Шабата. Также проведены исследования возможности применения метода обратной задачи рассеяния для анализа электрокардиографического сигнала с целью выявления заболеваний сердечно-сосудистой системы. На отчетном этапе была исследована возможность применения оптической нейронной сети на основе синтетической фотонной решетки для задач восстановления телекоммуникационного сигнала в оптоволоконных линиях связи. Предложен способ подготовки сигналов и использования синтетической фотонной решетки для их обработки. Рассмотрена задача для очистки сигнала от дисперсионных искажений в линейном канале, а также от нелинейных искажений в нелинейном канале. Кроме того, рассмотрены возможности применения синтетической фотонной решетки для задачи распознавания образов. В ходе работы разработан быстрый численный алгоритм для задачи распространения излучения по многосердцевинному оптическому световоду с учётом насыщения усиления, основанного на методе разделения по физическим процессам. Проведено согласование численного и натурного эксперимента по распространения излучения по многосердцевинному оптическому световоду с учётом насыщения усиления. По результатам исследований на отчётном этапе было опубликовано 9 статей в российских и зарубежных журналах, индексируемых в базе данных «Web of Science» и «Scopus», а также подготовлено 6 тезисов докладов и материалов конференций, получено 3 свидетельства о регистрации программ для ЭВМ, защищена 1 докторская диссертация.