![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИСТИНА ЦЭМИ РАН |
||
Работа направлена на экспериментальное решение фундаментальной задачи распространения коллимированных лазерных пучков и импульсов на протяженных неравновесных,нестационарных и неоднородных трассах, и развитию методов нелинейно динамического анализа 2D временных рядов профиля распределения интенсивности пучка, в том числе методовэкспресс-анализа состояния трассы и структуры пространственно-временных искажений пучка. Научная новизна предлагаемого проекта связана с комплексным подходом к анализу профиля пучка и среды распространения методами статистической радиофизики и нелинейной динамики, позволяющими исследовать влияние на структуру пучка многообразия термических и аэродинамических процессов, происходящих на трассе, в том числе неравновесных нестационарных и пространственно анизотропных процессов. Реализация заявленного комплексного подхода в экспериментальных исследованиях планируется на уникальном атмосферном полигоне, прошедшем стадии отладки и тестирования.Оборудование полигона включает прецизионную систему формирования пучка с точностью управления позициями дефокусирующих и астигматических оптических элементов в единицы микрон (совпадающей по порядку с длинами волн генерации используемых излучателей), линейку лазерных источников непрерывного излучения и многоканальную цифровую систему высокоскоростной регистрации профиля распределения интенсивности сигнального и зондирующего пучков. Созданный и апробированной для анализа экспериментальных данных арсенал методов многофакторного анализа включает помимо традиционных методов ряд авторских, таких как метод реконструкции фазовых траекторий, метод матриц локальных статистических моментов,метод многослойного анализа, метод тензора структуры, метод доминантной ориентации, метод Суперстатистики. Динамический диапазон возможностей используемого экспериментального полигона позволяет выполнять, например, прецизионный контроль кинетики каустической фокусировки пучка, наблюдение циклических процессов чередования трансляционных и ротационных режимов микротечений в атмосферных потоках.
The project is directed to the experimental solution of a fundamental problem of distribution of the collimated laser beams and pulses on longly non-equilibrium, non-stationary and nonuniform paths, and to development of methods for non-linearly dynamic analysis of 2D time series of a beam intensity profile distribution, including methods of a express analysis of a paths condition and structure of existential distortions of a beam. Relevance of a problem is defined by intensive development of new classes of applications for the free space optical channels demanding detailed monitoring of a condition on the optical paths almost in real time. First of all it falls into to the new physical principles of modulation and coding for open optical data transmission channels, for example with use of the orbital moment of an signal beams and pulses, to problems of dynamic long-distance positioning of a beam, problems of increase in space and temporary resolving power of distant methods of sounding. Scientific novelty of the project is bound to a comprehensive approach to the analysis of a beam profile and the environment of distribution by the methods of a statistical radio physics and non-linear dynamics allowing to investigate influence on structure of a beam of variety thermal and aerodynamic processes appening on the paths including non-equilibrium non-stationary and spatially non-isotropic processes. Realization of the declared comprehensive approach in the pilot studies is planned on the unique atmospheric polygon which passed stages of debugging and tests. The inventory of the polygon includes high-precision system of formation of a beam with an accuracy of positions management of the defocussing and astigmatic optical elements in units of microns (coinciding one after another with lengths of waves of the used laser sources), the set of laser sources of the continuous radiation and multi-channel digital system of high-speed registration profile of intensity distribution of the signal and sounding beams working with the spatial resolution of 100 microns on pixel. Created and approved for the analysis of the experimental data's an arsenal of methods of the multi-factorial analysis includes besides traditional methods a set of author's, such as method of reconstruction of phase trajectories, method of matrices of the local statistical moments, method of the multilayer analysis, method of a tensor of structure, method of dominant orientation, super-statistics method. Dynamic range of capabilities of the used experimental polygon allows to carry out, for example, high-precision monitoring of a kinetics of caustic focusing of a beam, observation of cyclic processes of alternation of the transmitting and rotational modes of micro flows in atmospheric streams.
1. Результаты экспериментальных исследований стохастической модуляции профиля коллимированных пучков и импульсов с различными огибающими искаженного волнового фронта на выходе протяженной трассы. 2. Формирование корреляционной карты параметров метеооптического мониторинга в однопроходном и двухпроходном режимах, привязка результатов метеооптического мониторинга к параметрам стандартного метеоконтроля на основе данных локальных метеостанций. Микровременные метеооптические характеристики, суточные зависимости ветровых нагрузок и многопараметрическая термическая неравновесность. Карты сезонных циклов вариации метеооптических характеристик протяженных трасс различной длины от 1000 м до 5000 м. Технология импульсного зондирования при работе с сигнальными и зондирующими пучками большой мощности (более 100 Вт непрерывного излучения). Индуцированные термические неоднородности, формулировка требований для невозмущающего метеооптического контроля состояния трассы. 3. Экспериментальные результаты сеансов развития потоков гидрометеоров, статистика скоростей, углов и размеров на основе метода оптического потока. Результаты анализа микровременной статистики пространственных искажений пучка в присутствии потока гидрометеоров. 4. Результаты исследования процесса деполяризации и реполяризации пучков и импульсов с различной исходной степенью пространственной когерентности. Количественные метеооптические характеристики для индуцированной конвективными токами оптической анизотропии протяженной атмосферной трассы. 5. Микровременная эволюция топографических характеристик поля распределения интенсивности зондирующих и сигнальных пучков. Динамика элементов тензоров структуры на основе первых пространственных производных. Время жизни кластеров при дивергентных и бездивергентных режимах метеооптических возмущений. Закономерности изменения нелинейно- динамических характеристик сигнального пучка в реализованных в сеансах метеоусловиях. 6. Реконструкция фазовых траекторий и карты хаоса для процессов каустической фокусировки сигнального пучка. Количественное описание нелинейной динамики пучка при переходных метеооптических режимах, характерные «времена жизни» каустических структур, правила распада, особые точки фазовых портретов. 7. Модели и методы прогнозирования динамики сигнального пучка на основе структуры 2D и 3D фазовых траекторий их разверток и карт хаоса для пространственных центральных статистических моментов сигнального пучка. Масштабы времени эволюции пространственных характеристик пучка, частотный спектр, автокорреляционный спектр как контрольные параметры для методов прогнозирования. Итеративное прогнозирование состояния пучка на масштабах времени от 10мс до 10с.
1. Метод реконструкции фазовых портретов для пространственных моментов, построенный на основе теоремы Такенса и определяющей правила восстановления закономерностей движения в многомерной нелинейной системе на основе одномерного временного ряда достаточной длины. 2. Метод матриц локальных статистических моментов, определяемых для заданных координат в плоскости регистрации на основе регистрируемых 2D временных рядов. 3. Метод многослойного анализа стохастических параметров профиля сигнального пучка или импульса при перестройке положения перетяжки относительно плоскости регистрации (трансфокальная перестройка) позволяет определить вносимые на трассе астигматические искажения, связанные с геометрией конвективных потоков. 4. Метод тензора структуры для исходного поля интенсивности и синтезируемых сечений 2D+T стека последовательности изображений позволяет восстановить макро- и микро- свойства течений, топографию профиля интенсивности. 5. Метод доминантной ориентации позволяет рассмотреть модификацию структуры пучка как нелинейное конформное преобразование системы координат и соответствующее изменение структуры собственных функций дифференциального параболического уравнения. 6. Методы суперстатистики для анализа многокомпонентных возмущений протяженной трассы, при которых сложная система может быть представлена как суперпозиция нескольких подсистем, эволюционирующих в собственных временных масштабах. Для суперстатистического подхода необходимо наличие достаточного "разделения" временной шкалы так, что система имела возможность «релаксации» в локальном состоянии равновесия и оставалась в нем в течение некоторого промежутка времени.
Результаты разработки имеют практическую значимость для ряда критических технологий дальней оптической связи, дистанционного зондирования, беспроводного энергоснабжения. Для систем оптической связи перспективно использование технологии оперативного метеооптического контроля состояния канала в сопряжении с селектором физических методов модуляции пучка и кодирования потока данных. В системах дистанционного энергоснабжения эффективность канала может быть повышена выбором и подстройкой оптимального стартового профиля пучка, согласованного с метеооптической обстановкой на трассе. Использование структурированных когерентных пучков в системах дистанционного зондирования, в частности структурно устойчивых одномодовых пучков для мод высоких порядков, позволит повысить пространственную разрешающую способность метода за счет включения дополнительной априорной информации об уровне метеооптических помех и начальной амплитудно-фазовой структуре пучка. Ожидаемые результаты соответствуют мировому уровню для аналогичных областей исследования.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Волновые пучки и импульсы в случайно-неоднородных и стратифицированных средах |
Результаты этапа: СОДЕРЖАНИЕ ВЫПОЛНЕННОЙ В 2018 ГОДУ РАБОТЫ 1. Разработана аналитическая модель формирования профиля коллимированного когерентного волнового пучка в параксиальном и не параксиальном приближениях. На различных пространственных масштабах относительно дифракционной длины рассмотрены процессы формирования «лепестков» функции распределения интенсивности в поперечном сечении исходного гауссова пучка. Выполнено сравнение с традиционными решениями параболического уравнения для параксиального распространения векторного волнового пучка. 2. Экспериментально исследован процесс управления профилем коллимированного одномодового когерентного векторного гауссова пучка с помощью децентрованной перестраиваемой оптической системы. Преобразование структуры волнового пучка анализируется как маргинальное распределение или томограмма обобщенной функции Вигнера в фазовом пространстве. Обсуждаются следствия нарушения пространственной симметрии оптической системы при сдвиговых деформациях взаимного расположения элементов оптической системы. Представлены количественные передаточные характеристики оптической системы как в виде ABCD матриц, так и параметрических зависимостей, полученных из эксперимента. 3. Создана на платформе Synology база экспериментальных данных систематических исследований динамики рефракционных искажений с контролем поляризационных свойств пучка в однопроходной и двупроходной схемах, база экспериментальных данных систематических исследований рефракционных явлений в присутствии гидрометеоров как многокомпонентых стохастических процессов, база видеосерий для зондирующих и сигнальных пучков на выходе атмосферной трассы. 4. Разработаны оптимальные алгоритмы на языке Haskell для анализа потоковых экспериментальных видеосерий со скользящей время-частотной обработкой, позволяющие в режиме реального времени контролировать спектры собственных частот пространственных моментов. Реализованы алгоритмы Борна-Жордана, Чои-Вильямса, сглаженного Вигнера-Вилли. Получены первые версии время-частотных карт, установлены спектральные свойства рефракционной модуляции, время изни импульсных помех. 5. Выполнены тесты применимости методов машинного обучения и авторегрессионных методов с многомерным кортежем регрессоров для прогнозирования состояния профиля волнового пучка. Предложен подход на основе матрицы переходов, между состояниями профиля пучка, отличающимися комбинацией центральных пространственных моментов распределения интенсивности в плоскости регистрации. В процессе отладки алгоритмов обучения установлены правила отбора числа элементов многомерного кортежа регрессоров, обеспечивающего оптимальный режим сходимости решений и максимальное время действия прогноза. 6. Исследование структуры фазовой стохастической модуляции методами дифференциальной топографии распределения интенсивности волновых пучков. Предложен подход на основе системы нелинейных дифференциальных уравнений для амплитудной и фазовой характеристик волнового пучка, позволяющий визуализировать распределение плотности потока орбитального момента в плоскости регистрации, структуру стохастических воздействий на фазу структурно устойчивого волнового пучка. 7. Создана первая версия библиотеки алгоритмов на основе модифицированной библиотеки ffmpeg Библиотека алгоритмов включает как собственно пространственные, так и пространственно-временные режимы обработки, позволяющие контролировать статистику микротечений в плоскости регистрации, степень их согласованности, «энергетику деформаций» профиля распределения интенсивности, структуру пространственных моментов, метод ориентированных апертур при анализе пространственной анизотропии и распределения масштабов рефракционных неоднородностей на трассе. \bigskip Участие в конференциях с докладами: 1. «Transfocal analysis of unsteady stochastic structures for a signal from a retro-reflector», Tatiana Arsenyan, Arkadiy Blank, Eugeniy Babanin, Natalia Suhareva, SPIE Remote Sensing 2018 (10 - 13 September 2018, Berlin, Germany), Berlin, Германия, 10-13 сентября 2018 2. «Chaos and order of the wave beams positional parameters at the output of long atmospheric path», Babanin E.A., Blank A.V., Kononenko V.S., Suhareva N.A., XXIV Международный Cимпозиум “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы”, Томск, Россия, 2-5 июля 2018 3. «Cohen class time-frequency mapping in the analysis of the non-stationary parameters of a wave gaussian beam at the atmospheric path output», Blank A.V., Arsenyan T.I., Babanin E.A., Stryungis R.F., Suhareva N.A., XXIV Международный Cимпозиум “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы”, Томск, Россия, 2-5 июля 2018 4. «Conversion characteristics of silicon photovoltaic cells for optical beaming», Chebotareva A.B., Kost T.N., Untila G.G., Blank A.V., Suhareva N.A., Tugaenko V.Yu, SPIE Photonics Europe 2018, Strasbourg, France, Франция, 22-26 апреля 2018 5. «Неравновесная термодинамика ансамбля когерентных волновых пучков», Арсеньян Т.И., Бланк А.В., Вохник О.М., Кононенко В.С., Сухарева Н.А., Тугаенко В.Ю., VII международная конференция по фотонике и информационной оптике, Москва, НИЯУ МИФИ, Россия, 24-26 января 2018 \bigskip Публикации: 1. «Conversion characteristics of silicon photovoltaic cells for optical beaming», Blank Arkadiy, Suhareva Natalia, Tugaenko Vjatcheslav, Untila Gennady, Chebotareva Alla, Kost Tatiana, Proceedings Volume 10688, Photonics for Solar Energy Systems VII;, № 106881F (2018), с. 1-10, DOI http://dx.doi.org/10.1117/12.2306633 2. «Transfocal analysis of unsteady stochastic structures for a signal from a retro-reflector», Babanin Eugeniy, Suhareva Natalia, Blank Arkadiy, Arsenyan Tatiana, Image and Signal Processing for Remote Sensing XXIV, № 10789, с. 1-16 DOI http://dx.doi.org/10.1117/12.2325688 3. «Неравновесная термодинамика ансамбля когерентных волновых пучков», Арсеньян Т.И., Бланк А.В., Вохник О.М., Кононенко В.С., Сухарева Н.А., Тугаенко В.Ю. в сборнике VII Международная конференция по фотонике и информационной оптике. Сборник научных трудов. ISBN 978-5-7262-2445-9, место издания Национальный исследовательский ядерный университет "МИФИ" Москва, с. 254-255 4. «Chaos and order of the wave beams positional parameters at the output of long atmospheric path», Babanin E.A., Blank A.V., Kononenko V.S., Suhareva N.A., Proc. SPIE. 10833, 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics 5. «Cohen class time-frequency mapping in the analysis of the non-stationary parameters of a wave gaussian beam at the atmospheric path output», Blank A.V., Arsenyan T.I., Babanin E.A., Stryungis R.F., Suhareva N.A., Proc. SPIE. 10833, 24th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics 6. «Propagation of the non-paraxial Gaussian beam through the inhomogeneous atmosphere», Fedor Shugaev, Oxana Nikolaeva, Natalia Suhareva Proc. SPIE. 10787, Environmental Effects on Light Propagation and Adaptive Systems \bigskip Внедрение в учебный процесс: Ряд экспериментальных и теоретических результатов включены в программы читаемых на кафедре спецкурсы «Структурная устойчивость оптических пучков», «Дискретные системы и процессы», «Пространственный анализ стохастических полей». Подготовлены рукописи методических материалов по соответствующим спецкурсам. Защищены две магистерских диссертации в мае-июне 2018 года, подготовлена одна диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. | ||
2 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Волновые пучки и импульсы в случайно-неоднородных и стратифицированных средах |
Результаты этапа: Краткое описание выполненных работ: 1. Созданы имитационные модели массивы фотовольтаических преобразователей с регулярной структурой, традиционно используемых в наземных и космических приложениях для преобразования стационарных и пространственно однородных потоков солнечного излучения. Изменение пространственного спектра электромагнитного излучения существенно меняет статистику и динамику физических процессов на поверхности и в объеме фотопреобразующих элементов. На уровне электродинамического описания массива элементов необходимо учтена индуцированная пучком неоднородность распределения генерируемого фототока, пропорционального плотности потока падающего излучения. 2. Создана аналитическая модель теплодинамических свойства массива позволяющая прогнозировать температуры как на поверхности массива так и в его объеме. Критическими для конвертации энергии становятся зоны затенения поверхности массива, приводящие к блокировке групп элементов и исключении из генерируемой мощности значимой доли падающего потока энергии. 3. Для обхода эффектов затенения разработаны различные приемы активного и пассивного перераспределения падающего на массив потока, приводящие в итоге к квазиравномерному распределению интенсивности по поверхности массива. Совокупность таких методов получила наименование "фотонный менеджмент". Примером могут быть фазовые рассеивающие фильтры, размещаемые вблизи поверхности, зеркальные распределительные призмы, концентраторы излучения. Помимо физического выравнивания распределения интенсивности энергонесущего пучка по поверхности массива возможно достичь практически близких результатов выбором специальных схем коммутации, действие которых эквивалентно работе диффузоров. 4. Результаты имитационных исследований фотовольтаических преобразователей определяют правила синтеза коммутационных схем, эффективных при работе с мощными коллимированными энергонесущими лазерными пучками. Особенности работы с коллимированным энергонесущим пучком состоят в: • ограниченности апертуры пучка и необходимости удержания его размера и положения на фотопреобразующем массиве; • тепловом действии мощного коллимированного пучка на поверхность массива, сопровождающимся изменением фотовольтаических характеристик "горячих" элементов; • неоднородности профиля распределения интенсивности пучка на поверхности массива, снижающей эффективность фотопреобразования относительно пучков с однородным профилем. 5. Представлены результаты экспериментальных исследований матричных фотовольтаических преобразователей определяющие правила синтеза коммутационных схем, эффективных при работе с мощными коллимированными энергонесущими лазерными пучками. Особенности работы с коллимированным энергонесущим пучком состоят во-первых в ограничении апертуры пучка и необходимости удержания его размера и положения на фотопреобразующем массиве, во-вторых в тепловом действии мощного коллимированного пучка на поверхность массива, сопровождающимся изменением фотовольтаических характеристик "горячих" элементов, в-третьих в неоднородности профиля распределения интенсивности пучка на поверхности массива, снижающей эффективность фотопреобразования относительно пучков с однородным профилем. 6. В ряде случаев принудительная стохастизация распределения интенсивности по поверхности решает задачу повышения эффективности фотопреобразования. Разработаны методы парциального и глобального тестирования коммутационных схем массивов фотопреобразователей. Предложены схемы распределяющей коммутации для коллимированных пучков различного профиля. Участие в конференциях с докладами по материалам исследований второго этапа: 1. ОПТИМАЛЬНАЯ ТОПОЛОГИЯ КОММУТАЦИИ ФОТОВОЛЬТАИЧЕСКИХ ЭЛЕМЕНТОВ ДЛЯ ЗАДАЧ БЕСПРОВОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ (Устный) Авторы: Бланк А.В., Богданов С.Д., Сухарева Н.А., Унтила Г.Г. XXV Международный Cимпозиум “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы” (30 июня - 5 июля 2019 года, Новосибирск), Новосибирск, Россия, 30 июня - 5 июля 2019 2. УПРАВЛЕНИЕ ПРОФИЛЕМ АСТИГМАТИЧЕСКОГО ЭНЕРГОНЕСУЩЕГО КОЛЛИМИРОВАННОГО ПУЧКА (Устный) Авторы: Насонов А.А., Бабанин Е.А., Бланк А.В., Сухарева Н.А. XXV Международный Cимпозиум “Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы” (30 июня - 5 июля 2019 года, Новосибирск), Новосибирск, Россия, 30 июня - 5 июля 2019 3. Topology Communication Photoconverters Matrix of High-power Coherent Monochromatic Radiation (Устный) Авторы: Arkadiy Blank, Stanislav Bogdanov, Natalia Suhareva, Gennady Untila, and Boris Eydelman Photonics & Electromagnetics Research Symposium, PIERS, Рим, Италия, 17-20 июня 2019 4. Имитационное моделирование эффективности матричных концентраторных фотовольтаических преобразователей (Устный) Авторы: Бланк А.В., Сухарева Н.А., Богданов С.Д. XVII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» имени профессора А.П. Сухорукова (Волны 2019), Красновидово, Московская область, Россия, 26-31 мая 2019 5. Метод пространственных дифференциалов в детектировании и описании одномодовых волновых структур (Устный) Авторы: Сухарева Н.А., Насонов А.А., Бланк А.В. XVII Всероссийская школа-семинар «Физика и применение микроволн» имени профессора А.П. Сухорукова (Волны 2019), Красновидово, Московская область, Россия, 26-31 мая 2019 6. Управление профилем волнового пучка на выходе децентрованной оптической системы (Устный) Авторы: БАБАНИН Е.А., СУХАРЕВА Н.А., БЛАНК А.В. VIII МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ФОТОНИКЕ И ИНФОРМАЦИОННОЙ ОПТИКЕ, НИЯУ МИФИ, Россия, 23-25 января 2019 Публикации по материалам исследований второго этапа: 1. Optimal commutation topology of photovoltaic cells for wireless power applications Blank A.V., Bogdanov S.D., Suhareva N.A. в журнале Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, издательство SPIE, the International Society for Optical Engineering (Bellingham, WA, United States), том 11208, с. 112080U-1-112080U-19 DOI 2. Profile management of astigmatic energy-carrying collimated beam Babanin E.A., Blank A.V., Nasonov A.A., Suhareva N.A. в журнале Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, издательство SPIE, the International Society for Optical Engineering (Bellingham, WA, United States), том 11208, с. 112080T-1-112080T-13 DOI 3. Properties of the electromagnetic field of a non-paraxial Gaussian beam propagating through homogeneous and inhomogeneous air Shugaev Fedor V., Nikolaeva Oxana A., Suhareva Natalia A. в журнале Proceedings of SPIE - The International Society for Optical Engineering, издательство SPIE, the International Society for Optical Engineering (Bellingham, WA, United States), том 11153, с. 111530E-1-111530E-12 DOI 4. Имитационное моделирование фотовольтаических массивов Бланк А.В., Богданов С.Д., Сухарева Н.А., Унтила Г.Г. в журнале Журнал радиоэлектроники, издательство Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (Москва), № 12, с. 1-26 DOI 5. Распределяющая коммутация фотовольтаических массивов для задач беспроводной оптической энергетики Бланк А.В., Богданов С.Д., Сухарева Н.А., Эйдельман Б.Л. в журнале Журнал радиоэлектроники, издательство Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (Москва), № 11, с. 1-27 DOI 6. Фазовые портреты пространственных моментов коллимированного волнового пучка в управляемом и свободном режимах Бланк А.В., Сухарева Н.А. в журнале Журнал радиоэлектроники, издательство Учреждение Российской академии наук Институт радиотехники и электроники им. В.А. Котельникова Российской академии наук (Москва), № 11, с. 1-26 DOI Внедрение в учебный процесс результатов исследования: Ряд экспериментальных и теоретических результатов включены в программы читаемых на кафедре спецкурсы «Структурная устойчивость оптических пучков», «Дискретные системы и процессы», «Пространственный анализ стохастических полей». Подготовлены рукописи методических материалов по соответствующим спецкурсам. Защищена одна диссертация на соискание на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук в декабре 2019 года и четыре магистерских диссертации в мае-июне 2019 года, подготовлена одна диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук. | ||
3 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Волновые пучки и импульсы в случайно-неоднородных и стратифицированных средах |
Результаты этапа: В результате выполненных в 2020 году коллективом исследований могут быть сформулированы следующие утверждения: 1. Обобщенный больцмановский фактор, представляющий отображение Лапласа профиля пространственно-временного распределения температур на протяженной трассе определяет статистику флуктуационных процессов, регистрируемых по локальному индексу мерцаний. 2. Создана методика исследования анизотропных пространственно-временных распределений рефракционных искажений на основе статистического и дифференциального анализа динамической спекл-структуры, регистрируемой на выходе протяженной трассы. Развит метод хронорефрактографии динамической спекл-структуры и его использование в задачах контроля направления аэродинамических течений, связанных с конвективными токами и кросс-ветровой нагрузкой. Построена обобщенная классификация состояний возмущенной приземной трассы на основе динамических хронорефрактограмм. Представлен метод ориентированных апертур, настроенный на определение характерных масштабов неоднородностей с преимущественно вертикальной и горизонтальной ориентацией. 3. Представлена классификация времячастотных карт рефракционной модуляции позиционных параметров коллимированных волновых пучков на основе сглаженных отображений класса Коэна, а именно Вигнера-Вилли, Борна-Жордана, Чои-Вильямса. Для различных условий развития рефракционных искажений выделены типы маргинальных спектров, время частотные домены, соответствующие зарождению и уничтожению пространственных неоднородностей различного масштаба. Рассмотрены времячастотные спектры отклика на импульсное воздействие, отклики на сильные рефракционные деформации волнового пучка, приводящие к каустической фокусировке или фрагментации профиля волнового пучка. 4. Исследован формализм неаддитивной статистики Курадо-Тсаллиса в применении к рефракционным свойствам протяженных оптически прозрачных трасс. Структурный анализ сигнального мультиплета (суммы сигнального пучка и динамической помехи от внешних источников и шума видеоматрицы) выполнен на основе энтропийных характеристик Больцмана-Гиббса, Реньи и Тсаллиса. Показано, что для всех типов аддитивных и неаддитивных статистических приближений наблюдается немонотонная зависимость энтропии от радиуса сглаживающего пространственного фильтра. 5. Предложены методы экспериментального мониторинга состояния трассы, позволяющие определить устойчивость и тип аттрактора в фазовом пространстве на основе динамики спектра показателей Ляпунова. Представлены спектральные характеристики для широкого диапазона режимов атмосферной трассы – от регулярных течений до состояния гиперхаоса. 6. Получена полная система q-деформированных уравнений распространения для интенсивности и фазы волнового пучка для неаддитивных систем, эквивалентных уравнениям для систем с фрактальной геометрией фазового пространства в приближении гидродинамического типа. 7. Разработана библиотека сценариев анализа зашумленного профиля волнового пучка, ориентированная на выбор оптимальных параметров фильтрации изображения на основе экстремума энтропии Реньи, определения двухпараметрической различающей информации и мультифрактальных мер реализуемых распределений интенсивности. Предложен метод реконструкции профиля распределения интенсивности на основе методов глубокого обучения как по полному изображению, так и по кортежу компонент первых и центральных вторых пространственных моментов. 8. Исследованы адмиттанс-спектры уединенных фотопреобразователей и их каскадов в непрерывном приближении, выполнена реконструкция передаточной характристики в темновом режиме на основе анализа переходных процессов и импульсных откликов. 9. Представлена методика теоретической оценки передаточных характеристик фотовольтаического массива в условиях неоднородной засветки. Получена система уравнений Результаты исследования коллективных процессов при неоднородных температурных распределениях. | ||
4 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Волновые пучки и импульсы в случайно-неоднородных и стратифицированных средах |
Результаты этапа: Результаты исследований, выполненных и опубликованных в 2021 году включают 5 тематических групп 1. Комплексные передаточные характеристики оптических систем дальнего позиционирования Пространственная структура коллимированного волнового пучка целиком определяется распределением Вигнера в фазовом пространстве, но характеризуется зачастую иными параметрами -- профилем распределения интенсивности и диаграммой направленности потока излучения. Это связано прежде всего с необходимостью для выполнения наблюдений редукции размерности пространства переменных, в которых определено исходное распределение Вигнера. Как исходное шестимерное фазовое пространство для волнового пучка, так и ограниченное четырьмя измерениями фазовое пространство при анализе маргинальных распределений в плоскости регистрации интенсивности или в угловой апертуре регистрации диаграммы направленности предполагает работу с сопряженными координатами (координата, угол), ограничивая допустимую точность синхронных измерений. Если опираться на анализ профиля интенсивности в плоскости регистрации, возможно существенно расширить число наблюдаемых характеристик, связанных с распределением Вигнера, выполняя в фазовом пространстве изменение ракурса проецирования четырехмерного распределения Вигнера на плоскость наблюдения. Вращение ортов фазового пространства и изменение профиля маргинальных распределений, наблюдаемых в плоскости регистрации методически эквивалентно регистрации широкоракурсной томограммы. Следует лишь учесть когерентность компонент, формирующих волновой пучок, и возникновение значительных интерференционных явлений в маргинальных проекциях на плоскость регистрации интенсивности. Помимо собственно значений компонент моментов произвольного порядка представляют интерес инварианты, комбининруемые из компонент одного порядка. При невозможности выполнения стигматического преобразования многомерного распределения Вигнера контроль части составляющих инварианта позволяет экстраполировать поведение "ненаблюдаемых" компонент моментов. Это особенно важно для протяженных оптических трасс космического и наземного базирования, на которых практически исключена установка дополнительной аппаратуры и работа с широкоапертурными регистраторами диаграммы направленности волнового пучка. Контроль распределения интенсивности излучения, приходящего на плоскость регистрации или плотности мощности, передаваемой в заданном направлении, проводится на основе пространственных и пространственно-угловых моментов соответствующих функций распределения. Функции распределения интенсивности и диаграмма направленности представляют собой маргинальные отображения распределения Вигнера на двумерную координатную плоскость и на полусферу азимутальных и тангенциальных направлений. Фактически при упрощенном анализе в параксиальном приближении используются только четыре орта из шести, определяемых для фазового пространства функции Вигнера волнового пучка. Сложное интегральное преобразование волнового пучка, эквивалентное его повороту в фазовом пространстве на произвольные углы относительно ортогональных осей можно выполнить с помощью оптической системы, обладающей астигматическими свойствами, проявляющимися в зависимости радиуса кривизны вносимых дефокусирующих искажений от азимутального угла. Подобный угол отсчитывается от горизонтали в плоскости, перпендикулярной оптической оси системы. Иногда такие системы называются апланатными или апланатами. Если преобразование не требует различия кривизны вносимых искажений, можно ограничить рассмотрение осесимметричным вариантом оптической системы. Детальный анализ оптических каскадов принято проводить методами матричной оптики, позволяющей для каждого элемента каскада определить матрицу преобразования координаты и угла падения луча. Удобство матричного описания состоит в единстве подхода и к лучевым и к волновым задачам распространения. Методами матричной оптики рассмотрена серия симметричных и асимметричных оптических каскадов, оптимальных для разворота волнового пучка в фазовом пространстве и не имеющих запрещенных полос поворота . Для простейших симметрических двухлинзовых каскадов получены перестроечные характеристики, позволяющие установить угол поворота в диапазоне $\pm \pi$. Управление поворотом осуществляется перестройкой внешнего или внутреннего "пробега" пучка между линзами. Для конкретных каскадов анализируется геометрия запрещённых зон поворотов, физические аналоги поворота на комплексный угол. 2. Пространственный дифференциальный анализ профиля интенсивности коллимированного волнового пучка Сложная структура распределения комплексной амплитуды оптического пучка на выходе протяженной атмосферной трассы может быть рассмотрена в терминах, типичных для описания профиля поверхности, применяемых в физике твердого тела или геофизике. Характеристические величины при подобных подходах основаны на анализе геометрии кривых постоянного уровня, направлений наискорейшего спуска из данной точки поверхности, квадратичных комбинациях, описывающих деформацию анализируемой поверхности. Определяемая на основе матрица значений локальных ориентаций уникальна для изображения и может быть положена в основу описания топографии исходного распределения интенсивности. Дифференциальные характеристики пространственной структуры позволяют классифицировать искажения профиля пучка по типам симметрии, направлению деформаций, связать наблюдаемые пространственные параметры с метеоусловиями на трассе, в первом приближении восстановить основные направления фазовой модуляции в плоскости наблюдения. Метод матрицы тензоров структуры, формируемой для кадра распределения интенсивности, применим как для регулярных, так и случайных пространственных распределений. Помимо тензора структуры на основе первых пространственных производных целесообразно определение матрицы структуры на основе вторых пространственных производных, детализирующей дискретные свойства совокупности профилей интенсивности. Подобные характеристики востребованы в задачах статистической топографии случайных и регулярных полей. Тензор структуры на основе первых пространственных производных позволяет построить локальные и усредненные по апертуре анализируемого изображения ориентационные статистические характеристики и профили распределений. Применение разработанного метода перспективно для широкого класса задач исследования нестационарных пространственных структур. На основе анализа массива тензоров второго ранга, построенных для каждого пикселя регистрируемого распределения интенсивности (маргинала или проекции отображения Вигнера комплексной амплитуды) получены количественные характеристики деформации профиля интенсивности, определяемые через параметры согласованности структуры искажений и энергоемкости структуры искажений. Описываемый метод в равной степени пригоден для анализа стационарных процессов, так и нестационарных. Во втором случае рассматривается не отдельный профиль, а их стек, срез которого вдоль оси времени позволяет установить скорость изменения исследуемой структуры. Детально разобраны сглаженные специальным фильтром Рица профили первых и вторых пространственных производных для низших мод свободного пространства, искажения профиля, возникающие при описанных раннее деформациях волнового пучка (поперечный сдвиг, астигматическое воздействие). Обсуждается возможность записи эллиптического дифференциального уравнения второго порядка для фазы волнового пучка с правой частью, зависящей только от распределения интенсивности. Подобное уравнение позволяет оценить закономерность приращения фазы для регулярных и хаотических структур в отсутствии нулей интенсивности. Дифференциальный метод регистрации структурно-устойчивых профилей волновых пучков позволяет увеличить информационную емкость набора кодов в системах оптической связи с пространственно-временной модуляцией сигнального пучка. Пространственные сигнально-кодовые конструкции для открытых оптических каналов передачи данных можно создавать на основе набора ортогональных пространственных распределений поля, используя собственные функции открытых оптических резонаторов различного типа симметрии. Основной вопрос при выборе набора пространственных кодов - диапазон искажений при распространении в сложно-возмущенной среде и правила распознавания регистрируемого профиля пучка. Подобная постановка задачи неявно предполагает использование "самовоспроизводящихся" пространственных структур в режиме свободного распространения сигнального пучка и методов их детектирования на основе пространственных дифференциальных характеристик. 3. Метод информационного различения для распределений интенсивности коллимированного волнового пучка Суперстатистический подход к описанию неэкстенсивной физической системы основан на её "расщеплении" на фракции, каждая из которых обладает собственной шкалой времени, квазистационарным энергетическим распределением, может находиться в контакте с термостатом, но за счет действия внешних факторов сохраняет отличную от термостата собственную температуру. Типичные примеры подобных систем -- атмосферные и гидросферные протяженные трассы, на которых существуют градиенты температур и конвективных потоков, создаваемые солнечной радиацией и локальными аэропотоками. При распространении по подобной трассе коллимированного пучка рефракционные флуктуации приводят к дрейфу его энергетического центра за счет вариации градиента оптической плотности, изменению линейных размеров за счет стохастических дефокусирующих преобразований и, в пределе сильных воздействий, формированию динамической спекл-структуры как результата распада поверхности волнового фронта. Фактически суперстатистический подход заключается в переопределении структуры фазового пространства включением мультифрактальности, дробной размерности, делающих некорректыми предположение статистики Больцмана-Гиббса о равной доступности всех элементарных ячеек фазового пространства. Изменение топологии фазового пространства может сопровождаться изменением уравнений состояния среды и модификацией уравнений процесса. Весь спектр возникающих процессов можно в первом приближении свести к "деформации"\, экстенсивных и интенсивных параметров, а прежде всего энтропии физической системы как параметра структуры. Экспериментальные тесты выполнены на прототипе оптической системы, разработанной для задач бепроводной лазерной энергетики. Ранее структура такой системы и её основные характеристики были делтально описаны в работах (перечислить). Оптическая схема наведения и позиционирования коллимированного энергонесущего одномодового пучка построена по на основе трех компонент: -- входной группы жестко закрепленных элементов, обеспечивающих первичную ориентацию вводимого по оптическому волокну пучка вдоль оптической оси системы и размещение его перетяжки на рабочей плоскости позиционной линзы, -- позиционной линзы, перемещаемой по трем взаимно ортогональным направлениям с шагом 100 нм, – металлического параболического зеркала с мультиспектральным интерференционным покрытием, ось которого повернута на угол относительно оси первых двух линз. На выходе атмосферной трассы располагался мелкодисперсный матовый экран, за которым устанавливалась ИК камера технического зрения. Рабочее поле матового экрана составляет 300х300 мм$ ^2 $ и соответствует рабочему полю массива фотопреобразователей. Источник излучения -- одномодовый волоконный лазер на длине волны 1.083 мкмм. Профиль моды на выходе из волокна не является модой распространения в свободном пространстве. Длительность регистрации одной серии составляет 3с, частота опроса -- 1кГц, соответственно одна видеовыборка составляла 3000 кадров. Масштаб отображения поверхности матового экрана составляет 1 пт/мм, апертура регистрации -- 256х256 пт$^2 $. Диапазон диаметров пучка на плоскости регистрации составлял от 400 мм до 256 мм. В первом приближении рассматриваемая система представляет собой двухкомпонентную суперпозицию подсистем. Первая подсистема включает собственно динамический профиль сигнального пучка и нестационарные пространственно однородные помехи, вторая подсистема -- анализируемую пространственно-временную сигнальную последовательность. Метод выделения сигнала и подавления помех зависит от пространственных масштабов возникающих на плоскости регистрации спонтанных и индуцированнных помех. Спонтанные помехи на матовом экране порождаются внешней квазистатической засветкой неба и динамичесаой спекл структурой от паразитных бликов парадающего излучения. Вынос матового экрана за внешнюю плоскость несущей конструкции регистратора практически исключают спекл-структуры и затенения от элементов конструкции но оставляют фоновые вариации интенсивности свечения неба. Помехи видеоматрицы принципиально различаются для ТТL и CMOP структур. При выбранном методе регистрации с частотой опроса 1кГц, характерными размерами неоднородностей не менее 20 мм или 20 пикселей (используемый масштаб регистрируемого изображения) флуктуационные процессы на видеоматрице камеры могут создать низкий уровень аддитивного однородного шума, исключаемого известными методыми обработки цифровых изображений. Помимо значения энтропии для конкретного ансамбля состояний нестационарной и неравновесной системы при заданых внешних условиях важен ещё один статистический параметр -- информационное различие или различающая информация элементов статистческого ансамбля. Фактически этот параметр характеризует меру взаимной упорядоченности микросостояний эволюционирующей системы при наблюдении функции распределения в различные моменты времени или при пространственнном разнесении систем без изменения внешних факторов. Информационное различие может быть полезно для анализа эволюции системы относительно произвольно выбранного начального состояния, оценке пространственно-временной корреляции, нелокальности исследуемых процессов. Представленный метод карт инфомационного различия и усредненных маргинальных отображений применим для широкого класса нестационарных и термически неравновесных систем, как классических, так и квантовых. Тип исследуемой системы – субэкстенсивная, экстенсивная или суперэкстенсивная, – может быть определен на основе фурье-спектра экспериментальных временных рядов. Многообразие выбираемых неэкстенсивных моделей физической системы можно существенно расширить, допуская возможность реализации в одной системе нескольких подсистем с различными q-факторами. В общем случае следует говорить о функции распределения q-факторов в допустимом диапазоне их значений. 4. Широкополосная адмиттанс-спектроскопия кремниевых PVC Представлены результаты экспериментального исследования характеристик кремниевых фотоэлектрических преобразователей (ФЭП) методом адмиттанс-спектроскопии. Объектами исследования были кремниевые низко-концентраторные ФЭПы, созданные на основе высокоэффективной коммерчески доступной структуры PERС (Passivated Emitter and Rear Cell). Созданы и изучены низко-концентраторные ФЭПы с двумя типами токосъемной системы. Один тип представляет комбинацию контактных полосок, изготовленных методом трафаретной печати серебросодержащих паст, с многопроволочной металлизацией, заменяющей в данной конструкции стандартные шины. Другой тип представлен многопроволочной металлизацией, нанесенной непосредственно на поверхность ФЭП без напечатанных контактных полосок, но покрытую слоем прозрачного проводящего оксида (TCO). Адмиттанс спектры измерены в широком диапазоне частот как в темновом режиме, так и в световом режиме при различных интенсивностях освещения, вариации температуры и приложенного напряжения. В ходе анализа полученных зависимостей определены параметры эквивалентной схемы ФЭП для различных типов токосъемной системы и зависимости параметров от внешних условий измерения. Адмиттанс-отклик полупроводникового элемента определяется пространственной структурой распределения поверхностного и объемного зарядов, собственным спектром многокомпонентной полупроводниковой структуры, внешними условиями, такими как постоянные поля (электрическое и магнитное), переменные поля на различных частотах, интенсивность частотный состав и направление падения потока излучения, потока и оттока тепла. С использованием надлежащей математической обработки и моделирования эта методика позволяет с высокой точностью определять все основные параметры наногетероструктур: разрыв энергетических зон, энергетические уровни квантования электронов и дырок в яме, их волновые функции, концентрацию носителей заряда в подзонах квантования, профиль дна зоны проводимости и валентной зоны. Детальный контроль не только статических, но и динамических параметров ФЭП принципиален для задач фотопреобразования в условиях динамического затенения, существенного перепада суточных температур и различных деформациях поверхности фотопреобразователя. 5. Динамические спектры концентраторных monoSi PVC Концентрированная фотоэлектрическая энергетика (CPV) - одно из перспективных приложений, использующих фокусировку солнечного излучения на небольшой площади солнечных элементов с использованием оптических устройств для максимального преобразования солнечной энергии в тепловую и электрическую. Низкая стоимость, высокая эффективность и экологичность - основные преимущества концентрированной фотоэлектрической энергии. Большинство CPV имеют КПД до 15%, тем не менее возможно поднять КПД до 25–28%. Было обнаружено, что CPV дает максимальную эффективность до 38,5% при равномерном солнечном излучении, что практически плохо реализуется в известных технических решениях. Сосредоточение солнечного света на небольшой площади солнечного элемента увеличивает температуру концентрированного фотоэлектрического элемента, что снижает и электрический КПД и срок службы концентраторного преобразователя. Технология адмиттанс-спектроскопии фотовольтаических элементов развивается вместе с технологией их преобразования в сложные пространственные структуры, позволяя детектировать пространственные и временные свойства отклика на внешнее воздействие и внешние условия. Фактически для каждого типа и каждого режима эксплуатации фотовольтаических элементов создается дополнительная методика интерпретации спектров, контроля пространственной структуры объемных и поверхностных зарядов. Для концентраторных элементов критичными становятся термические процессы на поверхности и в объеме образца, контроль процесса перехода от темнового к засвеченному режиму, свойства контактной сетки. Особое внимание уделено влиянию типа подложки, на которой размещается элемент, возможности эффективного теплоотвода, дополнительным электродинамическим процессам, возникающим на поверхности проводящей подложки. Представлены результаты экспериментального сравнительного анализа резистивных и емкостных характеристик кремниевых концентраторных элементов различной геометрии и при вариации структуры токосъемных шин. Выполнен экспериментальный многопараметрический анализ статических и фотодинамических характеристик фотовольтаических ячеек с различным типом покрытия в квазистационарных условиях при изменении температурного поля. Поскольку технология CPV все еще находится в стадии разработки, обсуждаются новые решения как в создании собственно преобразователей, так и обеспечение оптимальных условий их функционирования. | ||
5 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Волновые пучки и импульсы в случайно-неоднородных и стратифицированных средах |
Результаты этапа: ТОПОЛОГИЧЕСКИЙ АНАЛИЗ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА МАГНИТОСФЕРЫ И ИОНОСФЕРЫ Динамика движения потоков заряженных частиц межпланетной плазмы характеризуется нелокальностью процессов взаимодействия с электромагнитными полями и сопутствующими потоками частиц, длительным последействием, что отражается на стохастических и статистических свойствах регистрируемых временных рядов. При анализе временных рядов отдельной проблемой является анализ многомерных структур, содержащих скрытую информацию в разных временных масштабах. В работе предложена и апробирована методика анализа многомасштабных метастабильных процессов, в которых изменение основных параметров модели происходит гораздо медленнее, нежели изменение регистрируемых значений. Разработанный подход основан на свойствах наследования топологических признаков в динамическом отклике при наличии «долговременной памяти у системы». Обработке подвергаются «неразрывные» последовательности значений без дополнительного заполнения интервалов. Топологический анализ данных — активно развивающаяся область исследований на границе слияния алгебраической топологии, статистики, теории вычислений, имеющая мощный и уникальный набор методов для извлечения качественной и количественной информации из базовой структуры данных [1-3]. Один из сильных инструментов топологического анализа, – метод исследования персистентной гомологии, особенно в сочетании со статистическими линейными и нелинейными методами. Основные используемые методики – синтез многомерных вложений с временной задержкой и подход скользящего окна. Эти методики позволяют преобразовывать временные ряды в последовательности облаков точек, что необходимо для применения разрабатываемых инструментов. В качестве источника референтных данных для отладки и тестирования создаваемых процедур обработки использована база https://omniweb.gsfc.nasa.gov/form/om_filt_min.html (2014 год), в которой представлены ежеминутные выборки скалярных и векторных характеристик структуры магнитного поля и потоков протонов, пересчитанные геомагнитные индексы. Обсуждаются решения проблемы поиска наиболее адекватной модели на основе принципа максимальной q-деформированной энтропии, что помогает уменьшить количество лежащих в основе методики вероятностных предположений. Обсуждается связь между оптимальными параметризациями прямой и обратной задач, что позволяет применять развиваемый метод не только к задачам мониторинга, но и задачам прогнозирования. Проводится сравнение сложности алгоритмов со смешанными моделями Гаусса, скрытыми марковскими моделями, методами локального ядра. ИНВАРИАНТЫ ВРЕМЕННЫХ РЯДОВ СПУТНИКОВОГО МОНИТОРИНГА МАГНИТОСФЕРЫ И ИОНОСФЕРЫ На основе многомерных временных рядов физических характеристик геомагнитной активности, таких как 3D-компоненты магнитного поля, плотность и компоненты вектора скорости потоков электронов и протонов, локальной температуры представлен новый аппарат контроля состояния указанных сред. Анализ выполнен на основе открытых данных https://omniweb.gsfc.nasa.gov/ и http://wdc.kugi.kyoto-u.ac.jp/. Развиваемый метод основан на последовательности оценок собственных нелинейно-динамических свойств совокупности временных рядов, основные из которых дают возможность: определения размерности фазового пространства исследуемого процесса, установления динамического диапазона вариации размерности, реконструкции кинетики вариации размерности пространства вложения для однопараметрических временных рядов, оценке собственных масштабов времени и их корреляция с дисперсией локальных распределений фрагмента временного ряда, определения показателя Ляпунова по Розенштейну, расчета спектра показателей Ляпунова по Экманну, типы ожидаемых аттракторов, оценка времени возврата Пуанкаре. Физически указанный подход означает попытку определения ведущих физических характеристик, определяющих основные тренды динамики (как причины, так и структуру отклика) для всей совокупности регистрируемых экспериментальных данных. Изменение размерности должно быть связано с интенсивной перестройкой системы, предлагаемый теоретический подход описывает такое изменение как перестройку типа аттрактора. Таким образом, возможна реконструкция кинетики вариации размерности пространства вложения в согласовании с собственными масштабами времени многокмерного процесса. При определении размерности было получено практически совпадающее для всех типов временных рядов значение, равное пяти . После определения размерности пространства вложения, спектра собственных временных лагов, определяются времена релаксации или показатели экспонент Ляпунова. [1] Фактически становится возможной реконструкция проекций динамического фазового портрета и матрицы переходов в системе ионосфера-магнитосфера, данные о которых содержатся в наблюдаемых рядах [2]. Все сказанное позволяет утверждать, что предложена и опробована новая методика анализа магнитосферно-ионосферных взаимодействий как результата развития стохастического нелинейного динамического процесса. Предлагаемый анализ позволяет определять оптимальное количество независимых физических параметров, реализующих текущее наблюдаемое состояние системы и может использоваться для построения адаптивных вариантов модели ионосферы [3, 4]. 1. Umeda Y., Kaneko J., Kikuchi H. Topological data analysis and its application to time-series data analysis //Fujitsu Scientific & Technical Journal. – 2019. – Т. 55. – №. 2. – С. 65-71. 2. Karan A., Kaygun A. Time series classification via topological data analysis //Expert Systems with Applications. – 2021. – С. 115326. 3. Gao Y. et al. Exploring spatio-temporal correlation and complexity of safety monitoring data by complex networks //Automation in Construction. – 2022. – Т. 135. – С. 104115. 4. Chan A., De Luca A., Chalker J. T. Spectral Lyapunov exponents in chaotic and localized many-body quantum systems //Physical Review Research. – 2021. – Т. 3. – №. 2. – С. 023118. 5. Krämer K. H. et al. A unified and automated approach to attractor reconstruction //New Journal of Physics. – 2021. – Т. 23. – №. 3. – С. 033017. 6. Banerjee A. et al. A SOC based avalanche model to study the magnetosphere-ionosphere energy transfer and AE index fluctuations //NRIAG Journal of Astronomy and Geophysics. – 2021. – С. 1-15. 7. Fok M. C. et al. New Developments in the Comprehensive Inner Magnetosphere‐Ionosphere Model //Journal of Geophysical Research: Space Physics. – 2021. – Т. 126. – №. 4. – С. e2020JA028987. | ||
6 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Волновые пучки и импульсы в случайно-неоднородных и стратифицированных средах |
Результаты этапа: Теоретико-информационный анализ больших экспериментальных выборок позволил визуализировать, установить и предварительно оценить ряд информационных характеристик векторных компонент межпланетного магнитного поля: • анизотропию статистических свойств временных рядов для B x , B y , B z , • многомодальность функции распределения вероятности для B x , B y , • линейный старт для всех компонент магнитного поля при возрастании информа- ционного различия в начале процесса, • экспоненциальный спад величины информационного различия для неэкстенсив- ных моделей с q = 1.5. Метод векторных графов впервые применен для анализа состояний межпланетного маг- нитного поля и переходов между cостояниями. Структура и сложность графа зависят от длительности выборки значений компонент векторного поля, что позволяет управлять информационной емкостью графа и менять значение временного разрешения исследуемого процесса. Интерпретация синтезируемого векторного графа как фазовой траектории, а в ряде случаев, – фазового портрета, позволяет привлекать аппарат статистической механики, теории дифференциальных уравнений, теории динамических систем [27–30]. Например, если анализируемая система является гамильтоновой, следует ожидать сохранения её фазового объема. Определение эволюционных уравнений и уравнений состояния исследуемой системы требует синхронного анализа фазовых траекторий в фазовом подпространстве магнитного поля и фазовом подпространстве векторов потока частиц солнечного ветра. Обсуждение правил объединения фазовых подпространств и построение объединенных траекторий на основе парциальных век- торных графов будет рассмотрено в следующих работах. | ||
7 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Волновые пучки и импульсы в случайно-неоднородных и стратифицированных средах |
Результаты этапа: | ||
8 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Волновые пучки и импульсы в случайно-неоднородных и стратифицированных средах |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".