Кафедра информационных технологий в физических исследованиях

В 1989 г. в Горьковском исследовательском физико-техническом институте (ГИФТИ) была создана лаборатория моделирования физических процессов и цифровой обработки данных. С момента создания лаборатории ее сотрудники активно участвуют в научно-исследовательской и учебной работе факультета прикладной физики и микроэлектроники (ПФМ, в настоящее время – физический факультет) ННГУ, руководят выполнением курсовых и дипломных работ студентов факультета.

Состав лаборатории ГИФТИ 1995

В 1994 г. на кафедре кристаллографии и оптоэлектроники (КРиО, в настоящее время – кафедра физики полупроводников и оптоэлектроники (ФПО)) совместно с лабораторией моделирования физических процессов и цифровой обработки данных НИФТИ была открыта новая учебная специализация “Компьютерные технологии в физических исследованиях”.
Бурное развитие вычислительной техники, проникновение информационных технологий в различные области науки и техники привело к возникновению нового направления подготовки специалистов – “Информационные системы (по областям применения, специальность 071900)”. В 1996 г. на физическом факультете ННГУ им. Н.И. Лобачевского открыта новая специальность – “Информационные системы и технологии в физике”.

Состав кафедры ИТФИ 1996-99 года

Официальной эмблемой кафедры ИТФИ является пингвин.

Пингвины, отряд плавающих птиц. Крылья похожи на ласты. Длина от 40 см (Галапагосский пингвин) до 1.2 м (Императорский пингвин), весят до 42 кг. 17 видов. Места обитания – главным образом в Антарктиде и в умеренном поясе Южного полушария, на морских побережьях. Хорошо плавают и ныряют. Гнездятся колониями.(*)
Императорские пингвины – самые крупные – живут близко к Южному полюсу. Здесь очень холодно, но их размеры, подкожный слой жира и тысячи тонких перышек помогают пингвину сохранять тепло. Зимой пингвины откладывают одно яйцо и самцы носят его на ногах под складкой кожи в течении 2 месяцев, пока не приходит время вылупляться птенцу. Весь этот период они не едят и, чтобы сохранять тепло, теснятся большими группами, состоящими из тысяч пингвинов. Родители кормят молодняк до лета. Матери охотятся за мелкими морскими животными, а птенец получает пищу изо рта матери. Когда вокруг появляется много пищи, молодежь учится охотиться самостоятельно.
Пингвин выбран эмблемой кафедры ИТФИ физического факультета ННГУ, так как обладает следующими положительными качествами:

• Имеет хороший аппетит в любых условиях;
• Устойчив в широком диапазоне
  • температур,
  • давлений,
  • других внешних воздействий;
• Легко и быстро скользит на животе;
• Общителен;
• Любит коллектив себе подобных;
• Снисходителен к людям;
• Суров с врагами;
• Вопреки распространенному мнению, ничего не прячет в утесах (**);
• Любознателен;
• Охотно участвует во всяких новых затеях.

(*). СЭС, изд. Второе, 1983 г., стр. 999.
(**) А.М. Горький “Песня о Буревестнике”.

Пингвины (иллюстрация)

В результате совместной деятельности кафедры и лаборатории НИФТИ сложились три основных направления учебной и научно-исследовательской работы.

Современные цифровые методы обработки экспериментальных данных (сигналов и изображений)

В последние несколько десятилетий появился целый ряд новых направлений в науке и технологиях, связанных с применением компьютеров для обработки сигналов. Это системы распознавания и синтеза речи, системы обработки изображений, цифровая оптика, компьютерная томография и т.п.

Функция неопределенности пары МЧМ сигналов

Широкое применение современных методов обработки сигналов позволило достичь качественно нового уровня в системах связи, радиолокации, навигации, контрольно-измерительных системах.
В основе современных методов обработки сигналов лежат результаты теории вероятностей и математической статистики, функционального анализа, линейной алгебры, теории функций комплексной переменной, статистической физики, физики волновых процессов, теории цепей и сигналов и многих других разделов математики и физики.
Основной целью курсов данного направления является изучение и практическое освоение разнообразных методов цифровой обработки экспериментальных данных, в том числе современных нелинейных методов. Практические занятия по курсу проводятся на действующих системах автоматизации научных исследований.

Математическое моделирование физических процессов и систем.
Методы изучения явлений природы в физике обычно принято разделять на экспериментальные и теоретические. Компьютерное моделирование включает в себя черты как теоретического, так с экспериментального методов исследования, и, кроме того, располагает своим набором подходов к изучению природы.

Интерференционная картина – распределение напряженности электрического поля двух близко расположенных одинаковых точечных источников излучения

Одним из приоритетных направлений работы кафедры является подготовка квалифицированных специалистов в области математического моделирования в физике. Кроме общей подготовки по физике и математике, обязательной для студентов физического факультета, на кафедре студентам даются углубленные знания в области программирования и вычислительной математики, и, что особенно важно, студенты имеют возможность применить полученные знания на практике, решая многочисленные практические задания.

Распределение энтропии интенсивности излучения приемных каналов параболической антенны

Непосредственно задачами, связанными с компьютерным моделированием в физике, студенты начинают заниматься на третьем курсе, хотя и до этого им приходится сталкиваться с решением на компьютере физических задач.
На старших курсах студентам читается несколько курсов по специальным разделам компьютерного моделирования. Студенты знакомятся с основами компьютерного эксперимента. Методы компьютерного эксперимента позволяют смоделировать поведение физической системы при минимальных знаниях о природе ее частей. В рамках данного направления кафедра ИТФИ активно сотрудничает с кафедрой теоретической физики физического факультета ННГУ.

Разработка программного обеспечения сложных контрольно-измерительных систем

Разработка, производство и обслуживание сложных технических систем (аэрокосмическая техника, средства вооружения, объекты ядерной энергетики и т.п.) невозможны без применения автоматизированных контрольно-проверочных комплексов (испытательных стендов). Современные автоматизированные испытательные стенды, например, авиационные, могут содержать десятки контрольно-измерительных приборов, исполнительные устройства, управляющие ЭВМ, программное обеспечение, как общего назначения, так и специализированное. Затраты на создание и эксплуатацию некоторых испытательных стендов могут превышать затраты на разработку и производство самих объектов испытаний.