Введение к работе
Актуальность темк. Оптические локаторы (лвдарк) широко применяются при изучении и исследовании Мирового океана. Оая используются при батиметркческих съемках континентального шельфа, многократно увеличивая производительность работ по оравнению с эхолотами, при обнаружении и контроле загрязнении на поверхности моря, в том числе нефтяных пленок, для изучения характеристик морского волнения, проявлений на поверхности процессов, происходящих в глубине океана, например, внутренних волн, для дистанционного измерения оптических характеристик воды. В последнем случае лидарккэ измерения, в конечном счете, позволяют получить оперативная информацию о растворенном и взвешенном в воде веществе, в частности, о концентрации пигментов фитопланктона, определяющей бкопродуктавность б океане.
В настоящее время в СССР v. за рубежом разработан и успешно применяется целый ряд авиационных морских лидарор-' ("Чайка" к П'акрель-2" - СССР, ADL и HALS - США,:' ZARSM - 500 - Канада, "WRELAJSS - П - Австралия и др.).
Очевидно, что эффективность лидара находится в прямой зависимости от мощности излучения лазера, чувствительности и входной аппертуры приемника, поэтому значения этих характеристик стремятся, сделать максимальными. Вместе с тем выбор оптимальных с точки зрения эффективности лидара значений угла поля зрения приемной оптической системы, длины волны излучения лазера, угла сканирования лазерного луча и высоты лидара над морской поверхностью является задачей нетривиальной,' поскольку оптимуиы зтих значений неоднозначно зависят от оптических свойств воды, состояния атмосферы, полоиекая Солнца и характеристик морского волнения. Очевидно, разработка последовательной и достаточно строгой методики оптимизации перечисленных параметров является актуальной задачей.
Основное задачи шСота.
-
Разработка Теоретических основ оптимизации параметров авиационных лидароп - угла поля зрения, длины волны излучения лазера, угла сканирования и висоти, - с учетом оптических характеристик воды, атмосферы и морского волнения.
-
Разработка практических рекомендаций по оптимизации параметров лидароЕ в заданном районе Мирового океана.
3, Разработка методов построения имитаторов езоднкх сигналов, необходимых для настройки и калибровки лидарсв, предназначенных для дистанционного лазерного зондирования океана.
На защиту выносятся следующие оснош-гке. пгшонения:
-
Ко. эффективность работы лидера оказывает ьлияну.с сиг-нйл, отраженной от взволнованной водно?, поверхности, рассеянный в обратном направлении атмосферой, вноьь отраженный от поверхности и после атого пог.аынкЗ в приемник, Несмотря на относительно малое значение отого сигнала, к;.;енно он мокет ограничивать предельную дальность действия дндара,
-
Одтаг.щлънь'е значения угла поля зрения приемной оптической системі; и длини волны излучения лидара заеисят от глубины дотирования, висоти лидара, морского ьелкеппя, вксоп> Солнца, а ташке оптических характеристик водь: к ате.сс-ерк. Ьтн значення могут быть рассчитани на персонально;'; 3E*v. по разработанной nporpavj,:o.
-
Значение оптккадыюго угла сканирования, сбоепечпБак-цее заданную полосу обзора, находится ь пределах 25-45 н зависит от произведения показателя ослабления водь; на глубзшу дотирования.
-
Исследование лазеры на парах іледи кие.ют послесвечение уроаші ID". .ДО"*7 от мощности основного ш/лульса, длящееся до момента генерации следующего импульса; лазери на АКТ: tfcLA>~ иослесіієченья ыэ лмект, Sto послесвечение мохет существенно снизить обкаружктєдьную способность лпдара.
-
Разработанный имитатор сигналов лидара, построенный по двухзеркалькой схеме, позволяет смоделировать входной сигнал, близкий к реальному. дл>> практически любых районов Мирового океана.
Научная новизна работы состоит в том, что в ней впервые:
-
На базе параметра обнарухиыестк разработаны теоретические основы оптимизации параметров лкдароь, предназначенных для батиметрических измерении и локации ьодкок среды.
-
Приведені; практические рекомендации по оптимизации угла г.схя зргнпд, длины ьолнн излучения лазера, угла с.-:акп-роьакнч, а такае по акрс.ннросаки:«і гл-нтралънсл зекк поля зрения лидарсв.
-
Предлохек новий способ измерения показателя рассеяния .води с покоцью лкдара.
-
Обнаружено и количественно объяснено новое явление -ограничение дальности подводной локации за счет сигнала, отраженного от зюдкой поверхности, затек рассеянного позад в атмосферо v. вновь отраженного поверхностью в приемник.
3. Разработан к реализован имитатор входных сигналов ллдара.
Практическая ценность работу:. Полученные результаты использованы .толя:
выбора оптимальних параметров лидера и условий проведеная эксперимента по лагерному дистанционному зондированию воднок среди ІГ0И км. С.й.Вавилова);
исследования временной структуры второй гармонист: излучения импульсного лазера на АКТ: /Л/* и послесвечо-ккя лазеров аа парах меди;
настройки и калибровки о помощью имитатора сигналов экспериментальных образцов дидаров (Институт оптики атмосферы СО ЛЯ СССР).
Полученные результаты могут бь'ть также использован-' при проектировании систем ьидєшія и локации, предназначенных для батиметрических съемок континентального шельфа, поиска косяков рыб, определения оптических характеристик воды, измерения температурь* % солености воды по спектру комбинационного рассеяния и для решения других народнохозяйственных задач по изучения и осеооикю Мирового океана.
На имитатор оптических сигналов и способ дистанционного измерения показателя рассеяния получеїш авторские свидетельства СССР.
Личный вклад автора. Все вклкчэикые в диссертацию теоретические материалы получены лично автором. Некоторые результаты, связанные с оценкой величии входных сигналов лидера, разработкой одно-параметрической модели води, нового способа дистанционного онредзлелия показателя рассеяния, а также с исследованием эффекта ограничения дальности локации получены совместно с научным руководителем д.ф.-м.и.
И.М.ЛЄК№Л5.
Использованные при построении однопараметрической мо-
- 6 .-
деди экспериментальные бази данных по гидрооптическим характеристикам предоставленн автору в КО им. П.П.Ширшова АН СССР зав. лабораторией д.ф.-м.н, О.В.Копелевичем.
Б разработке принципов и псоведении экспериментальных исследований иштатора лидараых сигналов участвовали вместе с автором D.E.Андреев и В.А,Еолохатш, а з создании экспериментальной установка и измерениях параметров послесвечения лазеров на парах меда п АИГ: Nd*- О.Е.Шошков е.А.К.Ля-шенко, А.Д.Чурсин и М.А.Яесной.
В разработке программы оптимизации параметров лидаров для персональной ЭВМ наряду с автором принял участе А.э.Горде-е,в.
Апробация основних результатов. Основное результата, включенные в диссертацию, докладывались автором:
на научно-технической конференции "Использование лазеров в современной науке и технике", г. Ленинград, IS73 г.;
на Ш Всесоюзной конференции по физическим основам передачи информации лазерным излучением, г. Киев, 1973 г.;
на ІУ Всесоюзном семинаре по оптическим и электрооптическим методам к средствам передачи, преобразования, переработки и хранения информация, г. Москва, 1373 г.;
- - на Всесоюзном семинаре-совещании "Проблемы лазерного аэрозондирования поверхности земли", г. Ташкент, 1934 г.;
, --'на Ш (Обнинск, 1985 г.) и ЇУ (Барнаул, І98Е г.) Всесоюзных совещаниях по распространении лазерного излучения в, дисперсной среде;
на семинаре "Актуальные проблемы лазерной диагностики окружающей среды", г,г. Таллинн - Лохусалу, 1986 г.;
на Ш Всесоюзной конференции "Применение лазеров в технологии и системах передачи и обработки информации", г. Таллинн, IS87 г.;
на 71 Всесоюзной совещании "Автоматизация процессов управления техническими .средствами освоения океана",
г. Одесса, 196? г.;
на Ш съезде советских окаанологоЕ, г, Ленинград, 1887г.;
на X (Ростсв-на-Дону, IS5B г.) ж XI (Красноярск, 1ЭЮг.) пленумах рабочей группы по оьтике океана Комиссии по проблемам Шпрового океана АН СССР;
-"-? -
на Международном совещании "Экологические проблемы Европейского Севера", г. Архангельск, хЬдО т.;
на ІУ йдездународнол конференции "Лазеры и ях примеке-нжГ Болгария, г. Пловдив, 1990 г.
Структура и объем работы. Диссертационная работа имеет введенні., пять глее и заключение. Работа содержит 96 стр. текста, 18 таблиц и 37 иллюстраций. Список литературы включает 107 наименований,
