Устойчивое распознавание противоположных по знаку топологических зарядов вихревых пучков нейронными сетями в турбулентной атмосфере
В последние годы активно исследуется задача передачи информации через атмосферно‑оптические каналы связи с помощью вихревых лазерных пучков, которые позволяют кодировать информацию в значениях топологического заряда. Серьёзной проблемой в работе подобных систем является атмосферная турбулентность. Лазерные пучки при распространении в турбулентной атмосфере претерпевают случайные фазовые искажения, что приводит к ошибкам декодирования и значительно снижает скорость передачи данных. В решении данной проблемы хорошо зарекомендовали себя нейронные сети. Наиболее распространённый способ заключается в использовании нейронных сетей для распознавания значения топологического заряда вихревого пучка по разрушенным турбулентной атмосферой мгновенным распределениям интенсивности в плоскости регистрации. Такой подход позволяет значительно снизить количество ошибок декодирования, возникающих из-за влияния турбулентности. Ограничением описанного метода считается невозможность различать по мгновенным распределениям интенсивности вихревые пучки с одинаковыми по модулю, но противоположными по знаку топологическими зарядами, поскольку в однородной среде такие пучки формируют тождественные распределения интенсивности и считается, что случайные турбулентные искажения пучка не зависят от знака топологического заряда. На это также указывает тождественность усредненных по множеству турбулентных реализаций картин распределений интенсивности пучков с топологическими зарядами разных знаков. В данном исследовании на основе численного моделирования впервые показано устойчивое к поворотам и отражениям изображений распознавание топологических зарядов противоположных знаков по мгновенным распределениям интенсивности вихревых пучков в турбулентной атмосфере с помощью нейронных сетей. Обнаруженный эффект открывает новые перспективы для создания атмосферно‑оптических систем передачи данных, позволяя использовать для кодирования информации не только величину, но и знак топологического заряда. Результаты исследования также указывают на то, что вносимые турбулентной атмосферой фазовые искажения приводят к возникновению в мгновенных распределениях интенсивности устойчивых к поворотам признаков, зависящих от знака топологического заряда.
Authors
- E. V. Adamov (ORCID: https://orcid.org/0000-0002-3335-7634)
- В. В. Колосов (ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9709-8627)
- E. A. Bogach (ORCID: https://orcid.org/0009-0007-3877-9522)
- Vadim V. Dudorov (ORCID: https://orcid.org/0000-0002-9660-5199)
Institutions
- Weatherford College (US)
Publication Details
- Journal
- Известия ТПУ Промышленная кибернетика
- Published
- 2025-10-03
- DOI
- https://doi.org/10.18799/29495407/2025/3/95
- Primary Topic
- Military Technology and Strategies
- Type
- article
- Field-Weighted Citation Impact
- 0.00