Исследование распространения оптического излучения в горной местности

Рагимов, Эльхан Агабек оглы

Бесплатный автореферат и диссертация по наукам о земле на тему
Исследование распространения оптического излучения в горной местности
ВАК РФ 25.00.30, Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат диссертации по теме "Исследование распространения оптического излучения в горной местности"

На правах рукописи

Рагимов Эльхан Агабек оглы

ИССЛЕДОВАНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ

25.00.30 - Метеорология, климатология, агрометеорология

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

НАЛЬЧИК 2005

Работа выполнена в ОАО «Высокогорная экологическая обсерватория»

Научный руководитель: кандидат физико-математических наук

Зашакуев Тимур Зулкарнеевич

Официальные оппоненты: доктор физико-математических наук

Щукин Георгий Георгиевич

кандидат физико-математических наук Черняк Меня Моисеевич

Ведущая организация: Таганрогский государственный

радиотехнический университет, г. Таганрог

Защита состоится 26 сентября 2005 г. в 14 часов на заседании диссертационного совета Д.327.001.01 при Высокогорном геофизическом институте по адресу: 360030, КБР, г. Нальчик, пр. Ленина, 2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Высокогорного геофизического института. Автореферат разослан 25 августа 2005 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, доктор физико-математических наук

А .В. Шаповалов

/3 Ъ1Ъ ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Актуальность проблемы.

Передача информации оптическими сигналами известна человечеству давно (сигнальные костры, оптический телеграф и т.п.). Но лишь с появлением в 1960 г. принципиально новых источников излучения в оптическом диапазоне - лазеров - стало возможным приступить к созданию современных оптических информационных систем.

Особенностью развития атмосферной оптики последних лет является расширение сфер ее практических применений. Это связано не только с успехами, достигнутыми в оптическом приборостроении и освоением в различных инженерных приложениях все более «далеких» участков инфракрасного диапазона электромагнитных волн, но и с растущим вниманием специалистов к проблеме изучения природных ресурсов Земли с космических объектов. Не менее важным стимулом, определяющим актуальность и широту развития атмосферно-оптических исследований, являются задачи, стоящие перед климатологами в свете прогнозирования эволюции земной атмосферы с учетом все более значительных признаков ее техногенного загрязнения.

Современные достижения квантовой электроники и оптической техники позволяют создавать высокотехнологичные оптические информационные системы на надежной элементной базе. Все эти системы зависят от характеристик принимаемого оптического сигнала, от процессов, происходящих в атмосфере, которые по их влиянию на сигнал можно разделить на две группы.

Первую группу образуют процессы, вызывающие энергетическое ослабление сигнала, такие как: поглощение газами и парами атмосферы, молекулярное поглощение и рассеяние, поглощение и рассеяние аэрозолями и осадками. К этой группе можно отнести и световые фоны, ухудшающие отношение сигнал/помеха на входе приемного устройства.

Вторая - включает процессы, связанные с неоднородностями показателя преломления воздуха и обусловливающие флуктуации амплитуды и фазы оптической волны. Это деление имеет, до некоторой степени, условный характер, так как один и тот же процесс может приводить к различным эффектам. Например, выпадение осадков вызывает не только ослабление, но и флуктуации сигнала вследствие временной и пространственной изменчивости параметров осадков.

Распространение лазерного излучения в реальной атмосфере имеет свои особенности, обусловлеш1Ю<Ё>па)и^кямМ^)<огеРентность' поляризация, узкая направленность. И^^ИВй^Мгих {характеристик

' - оа < 3

излучения зависят от многих условий состояния атмосферы: турбулентности, температурного градиента и некоторых других параметров. Особенно это касается атмосферы над горами, характеризующейся экстремальными величинами параметров, вследствии физических условий горной местности: значительный контраст освещенности склонов, различия в солнечной экспозиции склонов, температурный градиент, влияние орографии местности на прилежащий слой атмосферы. Все эти особенности приводят к тому, что в горной местности прозрачность атмосферы может меняться быстро и в значительных пределах. Кроме того, орографические особенности могут приводить к возникновению устойчивых аэрозольных облаков, тогда как термическая неустойчивость может вызвать быстрое рассеяние искусственных аэрозольных образований.

Исследование распространения оптического излучения в горной местности представляет исключительный практический интерес для науки и практики, поскольку оно тесно связано с вопросами охраны окружающей среды. Использование лазеров в качестве источников излучения для исследования оптических характеристик атмосферных аэрозолей дает определенные преимущества по сравнению с другими источниками в первую очередь благодаря большой интенсивности монохроматического излучения лазеров. Наиболее важные результаты с помощью лазеров получены при исследовании вертикальной структуры атмосферных аэрозолей. Кроме того, есть ряд специфических задач оптики аэрозолей, удачно решаемых при использовании лазеров.

В связи с этим, теоретические и экспериментальные исследования распространения оптического излучения в горной местности бесспорно актуальны.

Цель работы.

Целью настоящей работы является проведение теоретических и экспериментальных исследований распространения оптического излучения в естественных и искусственных оптических аномалиях, формируемых в горной местности; изучение влияния, оказываемого аэрозольными аномалиями на способность оптико-электронных систем по обнаружению и распознаванию объектов; проведение исследований по оценке эффективности применения пассивных и активных оптико-электронных систем (ОЭС), работающих в различных спектральных диапазонах в горных условиях.

Для достижения цели работы были поставлены и решены следующие задачи:

1. Рассмотрены атмосферные процессы в горной местности, способные оказывать1 существенное влияние на распространение

оптического излучения Рассмотрена связь различных метеопараметров "атмосферы с ее оптическими характеристиками.

2. Создана экспериментальная установка дня изучения влияния атмосферы на распространение оптического излучения, разработаны методики проведения экспериментальных наблюдений, а также методы обработки результатов наблюдений.

3 Проведены исследования прозрачности атмосферы в дальнем ИК, ближнем ИК и в видимом диапазонах длин волн.

4. Проведены эксперименты по изучению влияния атмосферной турбулентности на распространение оптического излучения в горной местности.

5. Проведен выбор информационных каналов для натурных исследований и выполнен сравнительный анализ изображений, формируемых информационными каналами, работающими в разных спектральных диапазонах

6 Проведены исследования по оценке эффективности применения оптико-электронных систем обнаружения и распознавания с учетом результатов натурных испытаний, разработаны предложения по особенностям их применения в горах

Научная новизна.

В работе впервые получены следующие основные результаты:

1. Установлена зависимость пропускания лазерного излучения от концентрации водяного пара, общего давления, температуры среды и длины волны по результатам лабораторных и натурных исследований в горной местности. Получена обобщенная полуэмпирическая модель континуума водяного пара в диапазоне 8-12 мкм.

2. Установлена зависимость эффективности работы лазерных каналов оптико-электронных систем в условиях высокогорья в атмосфере с метеорологической дальностью видимости (МДВ) больше 20 км от влагосодержания воздуха и интенсивности турбулентности в приземном слое.

3. Впервые проведены исследования влияния горных условий на эффективность функционирования оптико-электронных систем.

4. Проведен сравнительный анализ изображений, формируемых информационными каналами, работающими в разных спектральных диапазонах.

Практическая ценность.

научный и практический интерес, и могут быть использованы для решения задач, связанных с проблемами распространения оптического излучения в атмосфере, позволят повысить эффективность работы оптико-электронных систем с учетом пропускания оптического излучения в видимой, средне- и длинноволновой областях электромагнитных волн при их использовании в горной местности.

Положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие основные результаты

- теоретические и экспериментальные исследований распространения оптического излучения в горной местности;

- определения особенностей распространения оптического излучения в естественных и искусственных оптических аномалиях, формируемых в горной местности;

- исследований по оценке эффективности применения пассивных и активных оптико-электронных систем, работающих в различных спектральных диапазонах в горных условиях.

Апробация полученных результатов.

Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих научно-практических конференциях и семинарах:

1. Пятой Российской конференции по атмосферному электричеству. Владимир, 2003.

2. V конференции молодых ученых. Кабардино-Балкарского центра РАН, Нальчик, 2004.

3. XX Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество» Эльбрус, 2005.

4. Научных геофизических семинарах ГУ «ВГИ».

Личный вклад автора.

Автором работы лично:

- проведены теоретические расчеты:

- принято участие в постановке и проведении экспериментов;

- выполнен анализ результатов экспериментальных измерений.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения. 3 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 204 страницы машинописного текста, включая 45 рисунков. 15 таблиц и 47 страниц приложения. Список литературы содержит 132 наименования.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обосновывается актуальность темы диссертации, изложена цель исследований, рассматриваются научная новизна и практическая ценность работы. Сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе диссертации приводится краткий обзор работ, посвященный анализу характеристик основных поглощающих и рассеивающих компонентов атмосферы, влияющих на распространение оптического излучения в горных условиях, анализу условий прохождения и рассеяния оптического сигнала, что является основным предметом изучения в данной работе.

Показано, что изменения показателя ослабления видимого и инфракрасного излучения в "окнах прозрачности" земной атмосферы (микрофизические и химические свойства аэрозоля) сложным образом зависят от механизмов образования и трансформации аэрозолей в атмосфере.

Выбрано два пути для практического использования результатов статистического обобщения характеристик ослабления а(Х) оптического излучения в приземном слое воздуха:

а) аппроксимация а(/.) на базе собственных функций,

б) применение уравнений среднеквадратической регрессии.

Проведенный детальный анализ имеющихся данных для температурного диапазона от -12 до 25 °С свидетельствует о том, что наибольшая корреляция между коэффициентами аэрозольного ослабления и относительной влажностью отмечается в антициклонах или гребнях между последовательными циклонами, а также в малоградиентных полях, образующихся на месте их разрушения, где создаются благоприятные условия для радиационного выхолаживания в ночное время.

Качественный анализ спектров флуктуаций интенсивности лазерных пучков показал, что независимо от параметров лазерных пучков, заметное влияние на спектры оказывает рассеяние оптических волн как на турбулентных неоднородностях, так и на гидрометеорах, при этом свойства турбулентности проявляются главным образом в области низких частот, а осадков - в области высоких частот.

Исходя из вышеизложенного определены задачи диссертации. В частности, актуальность проведения теоретических и экспериментальных исследований распространения оптического излучения в естественных и искусственных оптических аномалиях, формируемых в горной местности.

Первая часть Главы 2 посвящена лабораторным и натурным исследованиям ослабления излучения СО?-лазера в "окне прозрачности" атмосферы 8-14 мкм и Не-Ке-лазера на длине волны 0,63 мкм.

Исследование поглощения лазерного излучения в области 8-12 мкм проводились в лабораторных условиях с помощью аппаратурного комплекса, в состав которого входили многоходовая оптическая кювета, перестраиваемый С02-лазср со стабилизацией мощности и частоты излучения и фотоприемник с однородной зонной чувствительностью. Случайная погрешность единичного измерения пропускания излучения составляла 3 %.

На рисунке 1 (а - г) представлен пример регистрации влияния турбулентности на излучение С СЬ-лазера в различных метеоусловиях через заданный интервал времени

Рисунок 1 - Пример регистрации влияния турбулентности на излучение С 02-лазера паром в различных метеоусловиях.

Обработка и анализ экспериментальных данных показал, что пропускание излучения в зависимости от концентрации водяного пара, общего давления, температуры и длины волны излучения имеет нелинейную зависимость от концентрации водяного пара и сложную от температуры для всех исследованных линий ССК-лазера

Зависимость пропускания излучения С02-лазера от давления газа-наполнителя незначительна и имеет экспоненциальный характер (рисунок 2).

0,4

5 10 15 го^г/м3

1 - Т=353 К, 2 - Т=323 1С, 3 - Т=293 К, 4 - Т=284 К.

Рисунок 2 - Зависимость пропускания излучения СОг-лазера водяным паром от давления газа-наполнителя

Все экспериментальные данные со среднеквадратическим отклонением 0,035 хорошо описываются выражением

Рх = ехр \-С{?.)1

к^Т" (1 + тпр) + к2у3 ехр

(1)

где С(Х) =Ь, + Ь2 ещ>(-Ъ3 Л'1),

у - абсолютная влажность, г/м3; р - общее давление, атм; Т - температура. К, '/. - длина волны, мкм; Ь - длина трассы, м.

При этом параметры: к] = 0,22-Ю"6 г"1 град ~3/2км*'; к2 = 0,82-Ю'6 г1 км'1; п = 1,5; ш = 1,95 атм"1; Н= 2060 К; Ъ 1= 0,56; Ь2 = 769,2; Ь3 = 79,1 мкм.

Формула (1) представляет эмпирическую модель для расчета пропускания излучения в однородной атмосфере в спектральных диапазонах, свободных от селективного поглощения. Для вертикальных и наклонных оптических путей пропускание излучения находится интегрированием из формулы (1) по высоте:

(2)

Р> = ехр

-С(Л)Ь

■'г, -"г,

где Ъо и Ъ — границы интегрирования по высоте;

у (г). Т(г), р(г) — высотные профили влажности, температуры и давления в атмосфере соответегьснно.

Эмпирическая модель континуального поглощения излучения водяным паром применима для условий, при которых меняются физические параметры во время проведения лабораторных экспериментов.

Исследование ослабления излучения Не-Ме-лазера при длине волны равной 0,63 мкм в лабораторных условиях проводились с помощью того же аппаратурного комплекса и по той же схеме, но вместо С02 -лазера использовался Не-№-лазер Случайная погрешность единичного измерения пропускания излучения составляла 7 %

Измерения пропускания излучения Не-№-лазера модельной атмосферой, состоящей из водяного пара и азота были проведены при температурах 284 К, 293 КиЗПКив диапазоне относительной влажности Г = (0-100) %. Результаты измерений приведены на рисунке 3.

1-Т=311 К; 2-Т=293 К; 3-Т=284 К.

I, П. III - расчет по формуле (1) для X = 10 591 мкм

Рисунок 3 - Пропускание излучения Не-Ме-лазера (при X = 0.63 мкм)

водяным паром

Как видно из приведенных экспериментальных данных, пропускание излучения на длине волны равной 0,63 мкм водяным паром в отличие от излучения на длине волны равной 10.591 мкм не имеет температурной зависимости, а его изменение с ростом влажности скорее всего обусловлено рассеянием на водном аэрозоле, образующемся при

относительной влажности более 50 % Следовательно, в данных экспериментах излучение Не-Ме-лазера может использоваться для определения прозрачности атмосферы, те. вычисления метеорологической дальности видимости.

Для исследований прохождения излучения в атмосфере и измерения содержания малых газовых компонент в приземном слое атмосферы были созданы горизонтальные и наклонные оптические трассы длиной от 0,5 до 3,0 км с различными типами отражателей.

Для проведения исследований ослабления излучения СОг-лазера была создана горизонтальная приземная оптическая трасса переменной длины от 0.2 км до 3,0 км. Для уменьшения влияния турбулентности использована схема Уайта. Базовая длина трассы Ь равна 50 м. Излучение проходит на высоте 1,5-2,5 метров от поверхности земли. В качестве источника излучения в области 9-11 мкм использован перестраиваемый С02-лазер на основе ЛГ-22, в котором при помощи дифракционной решетки (100 мм) выделялись необходимые линии излучения. Излучение через ирисовые диафрагмы при помощи плоского зеркала направлялось на зеркала системы Уайта Измерения выполнялись по двухлучевой схеме, обеспечивающей постоянный контроль интенсивности источника излучения.

Величина интенсивности излучения, регистрируемая фотоприемником после прохождения излучения через настроенный на N ходов канат /,. определяется пропусканием излучения атмосферой Р и потерями на оптических элементах установки:

I, =/0-рАГ"1-о-,-Р. (3)

где 10 - интенсивность источника излучения при отсутствии потерь; р - средний коэффициент отражения зеркал схемы Уайта; <т, - коэффициент потерь излучения на элементах оптической схемы согласования.

Для контрольного канала интенсивность прошедшего излучения:

1к=1*'<г, (4)

где оъ - коэффициент потерь излучения на оптических элементах контрольного канала, отсутствующих в измерительном канале.

Отношение /,//*, оказывается зависимым от которое трудно измерить, поэтому для нахождения пропускания излучения атмосферой Р было использовано соотношение'

г(1)/г(П р СО /еч

А = 1 ■ ' ** - о*'-"* _, (5)

где I,® - регистрируемые интенсивности после N1 и N2 числа прохождений излучения на трассе;

Ik(1), Ik(2) — регистрируемые интенсивности в контрольном канале;

Р(1) и Р(2) — пропускания атмосферы после и N2 прохождений излучения на трассе.

Из соотношения (5) следует, что для измерений пропускания излучения атмосферой в натурных условиях с наилучшей точностью необходимо стремиться к максимальному числу ходов Ni и минимальному - N2. В этом случае отношение Р|'1)/Р(2) наилучшим образом приближается к истинному значению пропускания атмосферы Р/этм) на трассе L Nj. Обычно Ni равно 36 - 40, a N2 равно 4 Таким образом, пропускание излучения атмосферой на трассе LN) определяется по величине:

' = ехр (- L(NrN2)k_ )= <6>

где кеты — коэффициент ослабления излучения воздухом.

Из формулы (6) следует:

- -- --(7)

ехр (-Z

Данные для гелий-неонового лазера (при 1 = 0,63 мкм) использовались также для нахождения метеорологической дальности видимости Sm:

í (8)

™ к

* 0,63

где к0,бэ — коэффициент ослабления излучения атмосферой Не-Ne-лазера, определялся также как и кати по формуле (7).

В Главе 2 также рассмотрены натурные исследования ослабления излучения С02-лазера в окне прозрачности атмосферы 8-12 мкм и He-Ne-лазера на длине волны 0,63 мкм.

Измерения проводились на линиях излучения Р20 С02-лазера при длине волны 10,591 мкм и He-Ne-лазера при длине волны 0,63 мкм. Экспериментальные измерения пропускания излучения при длине волны 10.591 мкм атмосферой Рэ(атм) складываются из измерения ослабления в континууме водяного пара, селективного поглощения молекулярными составляющими возд}-ха и ослабления аэрозолем. Для линии Р20 селективное поглощение полностью определяется резонансным поглощением углекислого газа.

Сопоставление экспериментальных данных с рассчитанным по формуле (1) показывает, что для проведения анализа целесообразно разделять эти данные на две группы с Sm>20 км (рисунок 4) и Sm <20 км (рисунок 5 ).

Из рисунка 4 видно, что в пределах погрешности измерений пропускание излучения CO¿-лазера в атмосфере Рэ согласуется с

рассчитанным пропусканием Рр, обусловленным континуальным поглощением излучения всдяным паром.

I I п I I — экспериментальные данные:--среднее значение погрешностей

измерений; ------границы погрешности измерений

Рисунок 4 - Сравнение данных натурных измерений пропускания лазерного излучения в приземном воздухе при 8т >20 км с расчетом по формуле (1)

|||| — экспериментальные данные.--среднее значение погрешностей

измерений, ------границы погрешности измерений

Рисунок 5 - Сравнение данных натурных измерений пропускания лазерного излучения в приземном воздухе при 8т <20 км с рассчитанными по формуле (1)

Отсюда можно заключить, что в условиях высокой прозрачности (8 ш > 20 км) ослабление излучения СОг-л'азера воздухом на приземной горизонтальной трассе в основном определяется континуумом водяного пара. Вместе с тем экспериментальные значения пропусканий в большинстве случаев несколько меньше, чем пропускания, рассчитанные по формуле (1), ввиду недоучета параметров реального состояния атмосферы.

Проведенные лабораторные эксперименты позволили установить зависимости пропускания лазерного излучения от концентрации водяного пара, общего давления, температуры среды и длины волны На основе этих исследований предложена обобщенная полуэмпирическая модель континуума водяного пара в диапазоне 8-12 мкм.

Создание натурной горизонтальной трассы переменной длины в горных условиях, где изменения метеопараметров происходят в широких пределах в относительно короткие промежутки времени, позволило получить данные об ослаблении лазерного излучения воздухом при постоянном контроле параметров атмосферы. Совместный анализ этих данных и результатов лабораторных исследований выявил роль молекулярного поглощения и аэрозольного ослабления в пропускании излучения 10,591 мкм. При метеорологической дальности видимости больше 20 км основной вклад в пропускание вносит континуум водяного пара и резонансное поглощение излучения углекислым газом. При метеорологической дальности видимости меньше 20 км уже существенно проявляется ослабление излучения аэрозолем. Этот анализ также подтвердил применимость полуэмпирической модели континуума поглощения водяного пара к условиям реальной атмосферы.

Далее в этой главе рассмотрены натурные исследования ослабления лазерного излучения диапазона 3-5 мкм на приземной трассе.

Источником излз'чения в диапазоне длин волн от 3 до 5 мкм служит эрбиевый лазер на кристалле АУО Ег ^ с длиной волны излз'чения 3,97 мкм.

Для исследований по прохождению излучений в атмосфере и измерения содержания малых газовых компонентов в приземном слое атмосферы была создана горизонтальная трасса длиной 300 м. Выполнялись эксперименты по исследованию зависимости поглощения излучения ИК-лазера от абсолютной влажности атмосферы. Излучение ИК-лазера с длиной волны 3.97 мкм попадает в «окно относительной прозрачности» атмосферы 3-5 мкм, однако, данная линия излучения лазера приходится на интенсивные линии поглощения.

Показатель поглощения ИК излучения атмосферой определяется из соотношения.-

А - А0е"1 , (9)

где А0 = А](1 - г) еа1Ь - интенсивность излучения после прохождения трассы в самой прозрачной атмосфере, которая наблюдалась;

а] - коэффициент поглощения ИК излучения атмосферой в данном случае;

Ь - двойная длина трассы;

А1 - интенсивность излучения до прохождения трассы; а - коэффициент поглощения атмосферы; (1- е) - коэффициент отражения от зеркала.

Таким образом, показатель поглощения определялся относительно самого "прозрачного" наблюдения в серии.

-осЬ = -1п — = 1п А - 1п( 1 - г?) -1п А, + , (Ю) Ао

Учитывая, что £ «1, и обратно преобразовывая разность логарифмов в отношение, получаем:

аЬ - - 1п ——а ,1 - Е > (Ч)

А 1

Если теперь принять, что А есть некоторая функция от содержания водяного пара, т.е. А = _Ду), где у — абсолютная влажность воздуха, то а = /¡{у), а два последних слагаемых в правой части

формулы (11) константы, они только смещают график зависимости а = /¡(у) по оси абсцисс Поскольку Ь=согЫ, то в дальнейшем вычислялся показатель поглощения лазерного излучения аЬ, а задачей исследований является определение вида функции а =/7(7), по которому можно сделать заключение о процессе поглощения излучения водяным паром. Если функция окажется линейной, это означает, что поглощение зависит только от парциального давления водяного пара, а в механизме поглощения нет нелинейных составляющих, обусловленных взаимодействием между молекулами воды Поэтому при обработке сигнала вычислялось первое слагаемое в правой части формулы (Л) и методом наименьших квадратов находился вид функции а =/;(у).

Было проведено две серии наблюдений в различных сезонах (весна, лето). Измерения проводились одновременно с проведением метеонабл'одений, что позволило определить связь поглощения ИК излучения с абсолютной влажностью атмосферы В дальнейшем анализ показал, что влияние атмосферного давления на поглощение излучения парами воды мало, а зависимости поглощения от скорости и направления ветра нет. По психометрическим таблицам рассчитывалась

абсолютная влажность, а по приведенным формулам — относительный показатель поглощения для излучения Не-Мё-йазера и ИК-лазера.

Для примера на рисунке 6 представлены графики зависимости показателей поглощения от абсолютной влажности по дням наблюдений в сериях за июль. Аналогичный вид имеют графики для измерений в другие сезоны. Анализ данных, представленных на графиках, свидетельствует о том, что влажность атмосферы и небольшие осадки не оказывают заметного влияния на поглощение излучения Не-ГЧе-лазера, поскольку эксперименты выполнялись в условиях достаточной дальности видимости (не менее 5 км) В то же время наблюдается хорошая корреляция между ослаблением ИК излучения и абсолютной влажностью атмосферы. Кроме того, поглощение ИК излучения существенно зависит от метеообстановки.

июль

- - ВЛАЖНОСТЬ х-Не-№- ЛАЗЕР - -ИК-ДАЗЕР

^ ?

с? 2,5

Ж р

ЗЕ О

2 -

~~ -ч + - ,? 'Ч _ / \ ,

е f-- \ * - щ

8§ 3

-в * _ У - ' <

^ 1 \ т в .5

4 г

0,5 »

О , —

и -Ч I <

о : гг!---^

1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23 25 27 номер наблюдения

Рисунок 6 - Экспериментальные данные измерения коэффициента поглощения лазерного излучения

Полученный результат также свидетельствует, что при содержании водяного пара в атмосфере в пределах 2-10 г/м3 содержания в атмосфере поглощение ИК излучения с длиной волны 3,97 мкм линейно зависит от концентрации. Это указывает на то, что данная линия поглощения не зависит от межмолекулярного взаимодействия паров воды.

Подводя итог выполненным экспериментам. отметим следующее: ИК излучение диапазона 3-5 мкм более чувствительно к содержанию в атмосфере гидрометеоров, в то время как ослабление видимого излучения при небольшой интенсивности осадков (незначительной концентрации гидрометеоров) не обнаруживается. ИК излучение диапазона 9-11 мкм является более чувствительным к

содержанию в атмосфере аэрозолей и гидрометсоров Исследование малых" "газовых компонентов атмосферы лазерным излучением* указанного диапазона требует точного измерения аэрозольного вклада в поглощение

Одним из основных видов атмосферных аномалий являются аэрозольные образования' облака естественного или искусственного происхождения Для практических исследований и теоретических расчетов необходимо знать свойства аэрозольных образований, физический, химический и спектральный состав частиц При этом, при прочих равных условиях, именно спектральный состав аэрозольных частиц по размеру определяет степень поглощения электромагнитного излучения различных диапазонов.

С целью отработки методики измерения спектрального состава аэрозольных частиц нами были выполнены исследования состава аэрозольных образований искусственного происхождения Для оценок характеристик среды были проведены эксперименты с созданием искусственных аэрозолей и определением их параметров Всего было создано три вида аэрозолей — аэрозоль водяного пара, полеченный кипячением воды, аэрозоль, полученный при сжшэнки дымовой шашки и аэрозоль, выбрасываемый при горении резины

Выполненные эксперименты по определению спектрального состава показали реальную возможность измерения распределения частиц аэрозоля по ич размеру, образованного водяными каплями и твердыми частицами При этом распределение частиц аэрозоля с хорошей точностью описывается гамма-распределечием

и - л- Д"'ехР( (12)

Хв'хГ (5 + 1) где N — число капель в выборке, п — число капель с диаметром Б, X— параметр масштаба: 5 — параметр формы;

Г(5+1) — гамма-функция, при 8 — целом равная 5!

Глава 3 диссертации посвящена исследованиям влияния горных условий на работоспособность телевизионных (ТВ) систем.

Основными параметрами, характеризующими эффективность работы ТВ систем, являются, разрешающая способность (глубина модуляции сигнала), количество передаваемых градаций яркости.

В ходе выполнения данной работы исследовалось влияние метеоусловий высокогорной местности на технические характеристики ТВ систем, а именно- разрешающую способность и число градаций

серого в зависимости от освещенности местности. Для выполнения исследований на НИБ "Тёрскйл" были вдготовлены и установлены миры на 250, 300 и 400 твл (телевизионных линий) и мира градационного клина (из десяти значений серого от белого до черного) Вид мир представлен на рисунке 7.

183

— — ---1

3.........п 13

1 2 3

3.5

^ 22 x8 полос = 176

3.5

Л5£и -и-1-8

IV у

"¿0

йУР

18.3 х 10

Мира 300 твл Мира 250 твл Мира 400 твл

Рисунок 7 - Чертежи мир (размеры даны в см)

Рисунок 8 представляет примерную форм}' сигнала телевизионной строки изображения, соответствующую той или иной мире.

от мир

Наблюдения нами выполнены в зимний период, с момента, когда освещенность становилась достаточной для наблюдений и заканчивались с наступлением сумерек. В данных экспериментах МДВ определялась визуально по степени четкости и видности удаленных объектов, расстояние до которых известно и составляет от 3 до 20 км. Измерения расстояний до объектов проводилось лазерным дальномером ЛДИ-3.

В ходе выполнения экспериментов выяснилось, что при данном размере светочувствительной матрицы ТВ-камеры и максимальном фокусном расстоянии объектива, наблюдать градационный клин не представляется возможности, отдельные элементы клина не

разрешаются, сигнал не имеет "ступенек", представляет собой линейно-падающий участок осциллограммы, размытый шумами- ■

На рисунке 9 представлен результат предварительной обработки полученных данных На графиках рисунка 9 видно, что вид кривой а) отличается от вида кривых Ь) и с) Это означает, что на коэффициент модуляции оказывают влияние, помимо освещенности, дополнительные факторы. Например, это может быть коэффициент контрастности "фон-миры", МДВ и другие. При проведении экспериментов использовались программа и методика натурных исследований информационных каналов оптико-элекгронных систем

1 пМ ¿М '

а - освещенность, Ь - коэффициент модуляции от мир 250 и 300 твл, с - коэффициент модуляции от миры 400 твл

Рисунок 9 - Пример работы программы корреляционной обработки

Далее в этой главе проведены исследования в части особенностей работы оптико-электронных каналов в видимой и ИК-области (средняя и дальняя) спектра электромагнитных волн. Натурные испытания проводились при использовании в качестве объектов наблюдения имитаторов мир.

Для проведения натурных исследований выбраны три информационных канала: низкоуровневый телевизионный канал «Гарпия» -спектральный диапазон - 0,4... 0,9 мкм; тепловизионный канал «МПСАМ» -спектральный диапазон - 3,4 .. 5.5 мкм, тепловизионный канал «Сыч-2» -спектральный диапазон - 8.. 12 мкм Все вышеперечисленные каналы построены на базе матричных фотоприемных устройств. Спецификация

¿1С 1®]с.1(Ю )СйМ'770 Г'о!»!ошс!и1и1т ЯлиДо^!«! и?,

.1*1л «Л'им 1ЯИ

технических характеристик информационных каналов представлена в таблице \ГГ' "

Как следует из таблицы 1, низкоуровневый канал «Гарпия» имеет наиболее высокое пространственное разрешение - 0,24 утл мин при F' равном 120 мм и высокие пороговые характеристики - Епор= 0,001 лк. Тепловизионный канал «Сыч-2» построен на базе перспективного матричного микроболометрического фотоприемника, предназначен для работы в спектральном диапазоне 8-12 мкм и имеет пространственное разрешение 1.54 угл. мин. при АТ„Ор=0,15К.

Относительно выбора тепловизионного канала Mil САМ можно отметить следующие моменты. Для слабонагретых объектов величина контрастов в диапазоне 3-5 мкм на порядок ниже по сравнению с диапазоном 8-12 мкм Вследствие этого для фотоприемного устройства диапазона 3-5 мкм желательно иметь величину АТпор не хуже 20 мК.

Таблица 1 - Спецификация характеристик информационных каналов

Наименование Сыч-2 MilCAM-XP Гарпия

информационного

канала

Спектральный 8-12 3,4-5,5 0,4-0,9

диапазон, мкм

Формат МФПУ, 320x240 256x256 582x752

ЭЛ*ЭЛ.

Рабочая температура, 299 75 299

град К

Время выхода на Не более 5 Не более 8 Не более 1

режим, мин

Мгновенное поле 1,54 1,0 0,24 (F'=120 мм)

зрения, угл. мин 0,56 (F'=53 мм)

Поле зрения, угл. 8,3x6,2 4,5x3,5 3,0x2,4; 7,0x5,4

град

АТПОр, К 0,15 0.10 -

Еосв мин, лк - - 0.001

Частота кадров, Гц 50 (Иполей) 50 (Fnoneii) С^полей)

Диапазон рабочих 253-323 253-328 253-323

температур, К

Работоспособность информационных каналов оптико-электронных систем в сильной степени зависит от ослабления излучения в атмосфере, а также от наличия в окружающем пространстве фона создающего помехи в системе пеленгации

В общем случае ослабление излучения в атмосфере связано с тремя факторами: поглощением газовыми компонентами (молекулярное поглощение); молекулярным рассеянием; рассеянием инородными частицами.

Поглощение излучения происходит в широких полосах, соответствующих следующим длинам волн: воды (0,94; 1,1; 1,38; 1, 87; 2,7; 3,2; 6,3 мкм), углекислого газа (1,4; 1,6; 2,7; 4,3; 15 мкм), озона (4,8; 9,6; 14,2 мкм), закиси азота (4,7; 7,8 мкм), окиси углерода (4,8 мкм) и метана (3,2; 7,8 мкм).

Молекулярное поглощение является главной причиной ослабления излучения, причем наиболее сильно излучение поглощается парами воды, озоном и углекислым газом. Полосы поглощения водяного пара с центром 6,3 мкм и углекислого газа с центрами 2,7 мкм и 15 мкм ограничивают пропускание атмосферы и определяют положение 2-х окон прозрачности для тепловизионных каналов: 3 -5 мкм и 8 - 14 мкм. Для приборов телевизионного типа используется диапазон 0,4 - 0,9 мкм.

При высокой относительной влажности молекулы паров воды собираются в скопления, образуя аэрозоль. Показано, что при высокой относительной влажности ослабление почти полностью определяется поглощением на жидких аэрозолях. На небольших высотах и умеренных расстояниях при малом содержании паров воды ослабление определяется одним молекулярным поглощением.

В целом, полученные нами результаты свидетельствуют, что без учета характеристик источников и приемников излучения для сухого воздуха в средних широтах пропускание в диапазоне 8-12 мкм больше, чем в диапазоне 3-5 мкм, так как в последнем диапазоне наблюдается сильное поглощение углекислым газом. В чистом тропическом воздухе с высокой влажностью пропускание выше в диапазоне 3-5 мкм, так как пары воды сильно поглощают излучение в диапазоне 8-12 мкм. Дымка приводит к более сильному ослаблению излучения в диапазоне 3-5 мкм по сравнению с диапазоном 8 - 12 мкм. Это заставляет отдать предпочтение диапазону 8-12 мкм в связи с тем, что долгое отсутствие дымки во влажном тропическом климате маловероятно.

В заключении приведены основные выводы и даны рекомендации по использованию результатов исследований, полученных в диссертационной работе.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

1. Проведены лабораторные исследования ослабления излучения С02-лазера в «окне прозрачности» атмосферы 8-14 мкм и Не-Ке-лазера на длине волны 0,63 мкм, которые позволили установить зависимости пропускания лазерного излучения от концентрации водяного пара, общего давления, температуры среды и длины волны. На их основе предложена обобщенная полуэмпирическая модель континуума водяного пара в диапазоне 8-14 мкм.

2. Выполнены натурные эксперименты по определению содержания водяного пара в воздухе, в ходе которых выяснено, что с помощью созданной установки предоставляется возможность проводить не только дистанционные измерения влажности, но и получать профиль влажности по высоте.

3. Выполнены измерения концентрации и спектрального состава водяного пара и искусственных аэрозольных образований, возникающих в атмосфере при горении дымовой шашки и резины, которые показали, что распределение частиц аэрозоля по размеру описывается гамма-распределением. По экспериментальным данным получены параметры гамма функции.

4. Показано, что эффективность применения лазерных каналов ОЭС в условиях высокогорья в атмосфере с МДВ > 20 км в значительной степени зависит от влагосодержания воздуха и интенсивности турбулентности в приземном слое. Также выяснено, что временные изменения абсолютной влажности и коэффициента турбулентности цикличны и достаточно хорошо предсказуемы с приемлемой точностью, что позволяет прогнозировать наиболее благоприятные периоды применения и тем самым повысить эффективность функционирования лазерных каналов ОЭС в условиях высокогорья.

5. Разработана методика расчета предельной дальности видения активных лазерных систем, использующая минимачьно разрешаемый контраст и учитывающая особенности восприятия изображений зрительным анализатором, позволяющая оценивать эффективность работы лазерных систем с учетом реальных атмосферных параметров в приземном слое.

6. Проведены натурные исследования информационных каналов для различных диапазонов длин волн, сделана оценка их технических характеристик, разработаны предложения по особенностям эффективного применения выбранных информационных каналов в горных условиях.

По теме диссертации опубликованы следующие работы:

1. Аджиев А.Х., Калов X. М., Рагимов Э. А. Исследования изменения температурного порога кристаллизации и льдообразующей эффективности йодистого серебра под влиянием электрических зарядов. // Материалы пятой Российской конференции по атмосферному электричеству. - Владимир, 2003. - С. 221-224.

2. Зашакуев Т.З., Рагимов Э.А., Рогачев М.И. Разработка методики исследования состава аэрозольных образований искусственного происхождения. // Материалы V конференции молодых ученых. РАН Кабардино-Балкарский центр. - Нальчик, 2004. - С. 18-19.

3. Зашакуев Т.З., Рагимов Э.А., Рогачев М.И. Исследование влияния аномальных процессов в атмосфере в горной местности на распространение оптического излучения. // Материалы V конференции молодых ученых. РАН Кабардино-Балкарский центр. - Нальчик, 2004. -С.20-21.

4. Аджиев А.Х., Рагимов Э.А., Андриевская В.Ю. Исследования поглощения в атмосфере излучения СО2 - лазера. // Физические науки: Вестник Кабардино-Балкарского Государственного университета -Нальчик, 2004. - Вып. 9 - С. 57-58.

5. Зашакуев Т.З., Рагимов Э.А. Лабораторные исследования ослабления Не-Ме-лазера в атмосферных неоднородностях. // Физические науки: Вестник Кабардино-Балкарского Государственного университета - Нальчик, 2004. - Вып. 9 - С. 59.

6. Аджиев А.Х., Рагимов Э.А. Воздействие струи газовой горелки на распространение лазерного излучения. Тезисы XX Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество». -Эльбрус, 2005г.-С. 31.

7. Аджиев А.Х., Рагимов Э.А. Воздействие струи газовой горелки на распространение лазерного излучения // Физика экстремальных состояний вещества. - Черноголовка, 2005г. - С.39-40.

»15271

РНБ Русский фонд

2006-4 13323

Подписано в печать 22.08 05г Формат Л4 Уел печ. л 6 Заказ 38. Тираж 100 Ч П. «Полиграфия» Лицензия № 15 от 22 01 ОЗг КБР, гНальчик, ул Чернышевского, 131

Содержание диссертации, кандидата физико-математических наук, Рагимов, Эльхан Агабек оглы

ВВЕДЕНИЕ.

ГЛАВА 1 ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИМЕСЕЙ ЕСТЕСТВЕННОГО И

ИСКУССТВЕННОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ • ВЛИЯЮЩИЕ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО

ИЗЛУЧЕНИЯ.

1.1 Основные поглощающие компоненты атмосферы.

1.2 Ослабление и рассеяние излучения в ИК «окнах прозрачности» атмосферы.

1.3 Статистические характеристики ослабления оптического излучения в приземном слое воздуха.

1.4 Некоторые особенности зависимости ослабления оптического излучения от влажности и температуры воздуха.

1.5 Основные метеопараметры и погодные условия влияющие на точностные характеристики оптико-электронных систем в горной местности.

1.6 Спекл-структура рассеянного излучения.

1.7 Временные флуктуации интенсивности при осадках.

1.8 Частотные спектры флуктуации.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 1.

ГЛАВА 2 ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРНЫХ АНОМАЛЬНЫХ ПРОЦЕССОВ В АТМОСФЕРЕ, ВЛИЯЮЩИХ НА РАСПРОСТРАНЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В ГОРНОЙ МЕСТНОСТИ.

2.1 Исследования поглощения атмосферой лазерного излучения диапазона 9-11 мкм.

2.1.1 Лабораторные исследования поглощения излучения СОг-лазера.

2.1.2 Лабораторные исследования ослабления излучения He-Ne-лазвра.

2.2 Натурные исследования ослабления лазерного излучения длиной волны 9-11 мкм на приземной трассе.

2.2.1 Аппаратура и методика натурных исследований ослабления излучения С02-лазера в атмосфере.

2.2.2 Результаты натурных измерений ослабления излучения

С02-лазера в атмосфере.

2.3. Исследования ослабления лазерного излучения диапазона

3-5 мкм в атмосфере.

2.3.1 Исследование энергетических и спектральных параметров источника

ИК излучения.

2.3.2 Натурные исследования ослабления лазерного излучения на приземной трассе.

2.3.3 Методика проведения натурных исследований и обработки результатов измерений.

2.4. Экспериментальная установка для взятия проб аэрозоля и параметры аппаратуры.

2.4.1. Результаты исследования спектрального состава аэрозольных частиц.

2.5. Теоретические исследования по оценке эффективности применения оптико-электронных систем в горных условиях с учетом результатов натурных испытаний.

2.5.1 Влияние атмосферной турбулентности на распространение оптического излучения.

2.5.2 Схема проведения экспериментов по исследованию атмосферной турбулентности и результаты измерений.

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3 ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ ОПТИКО

ЭЛЕКТРОННЫХ СИСТЕМ (ТЕПЛОВОЙ И НИЗКОУРОВНЕВЫЙ ТЕЛЕВИЗИОННЫЙ КАНАЛЫ) В ГОРНЫХ УСЛОВИЯХ С

УЧЕТОМ РЕЗУЛЬТАТОВ НАТУРНЫХ ИСПЫТАНИЙ.

3.1. Исследования влияния горных условий на работоспособность телевизионных систем.

3.1.1 Состав экспериментальной установки и параметры аппаратуры.

3.1.2 Условия проведения экспериментальных наблюдений и результаты.

3.2 Обоснование выбора информационных каналов для проведения натурных исследований.

3.2.1 Анализ характеристик информационных каналов с учетом пропускания оптического излучения в видимой, средней и длинноволновой областях спектра электромагнитных волн.

3.2.2 Выбор информационных каналов оптико-электронных систем для проведения натурных исследований.

3.3 Оценка эффективности информационных каналов по результатам натурных исследований.

3.3.1 Оценка технических характеристик низкоуровневого телевизионного канала «Гарпия».

3.3.2,Оценка технических характеристик ТпВК «Сыч-2».

3.3.3 Оценка технических характеристик ТпВК «MilCAM».

3.4.Сравнительный анализ видеоинформации, получаемой посредством НУТК «Гарпия» и ТпВК «Сыч-2», «MilCAM».

ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ 3.

Введение Диссертация по наукам о земле, на тему "Исследование распространения оптического излучения в горной местности"

Актуальность проблемы.

Передача информации оптическими сигналами известна человечеству давно (сигнальные костры, оптический телеграф и т.п.). Но лишь с появлением в 1960 г. принципиально новых источников излучения в оптическом диапазоне -лазеров - стало возможным приступить к созданию современных оптических информационных систем.

Особенностью последних лет развития атмосферной оптики является расширение сфер ее практического применения. Это связано не только с успехами, достигнутыми в оптическом приборостроении и освоением в различных инженерных приложениях все более «далеких» участков инфракрасного диапазона электромагнитных волн, но и с растущим вниманием специалистов к проблеме изучения природных ресурсов Земли с космических объектов. Не менее важным стимулом, определяющим актуальность и широту развития атмосферно-оптических исследований, являются задачи, стоящие перед климатологами в свете прогнозирования эволюции земной атмосферы с учетом все более значительных признаков ее техногенного загрязнения [1].

Для достижения прогресса в исследовании окружающей среды необходимо соединение высокого уровня развития науки и техники, и понимания важности этой проблемы обществом. Последние пятьдесят лет мы были свидетелями создания и усовершенствования лазеров, в эти же годы возросло понимание ограниченности ресурсов Земли и «хрупкости» баланса ее экосистем.

Современные достижения квантовой электроники и оптической техники позволяют создавать высокотехнологичные атмосферные оптические информационные системы на надежной элементной базе. Все эти системы сильно зависят: от характеристик принимаемого оптического сигнала; от процессов, происходящих в атмосфере, которые, по их влиянию на сигнал, можно разделить на две группы.

Первую группу образуют процессы, вызывающие энергетическое ослабление сигнала, такие как поглощение газами и парами компонент атмосферы, молекулярное поглощение и рассеяние, поглощение и рассеяние аэрозолями и осадками. К этой группе можно отнести и световые фоны, ухудшающие отношение сигнал/помеха на входе приемного устройства.

Вторая включает процессы, связанные с неоднородностями показателя преломления воздуха и обусловливающие флуктуации амплитуды и фазы оптической волны. Это деление имеет, до некоторой степени, условный характер, так как один и тот же процесс может приводить к различным эффектам. Например, выпадение осадков вызывает не только ослабление, но и флуктуации сигнала вследствие временной и пространственной изменчивости параметров осадков.

Исследования распространения оптического излучения в горной местности представляет исключительный практический интерес, поскольку они тесно связаны с вопросами охраны окружающей среды. Использование лазеров в качестве источников излучения для исследования оптических характеристик атмосферных аэрозолей дает определенные преимущества по сравнению с другими источниками в первую очередь благодаря большой интенсивности монохроматического излучения лазеров. Наиболее важные результаты с помощью лазеров получены при исследовании вертикальной структуры атмосферных аэрозолей [2]. Кроме того, есть ряд специфических задач оптики аэрозолей, удачно решаемых при использовании лазеров [3].

Несмотря на широкие масштабы исследования свойств атмосферных образований, как в нашей стране, так и за рубежом, в этой области имеется еще ряд нерешенных вопросов. В частности, не до конца исследованы влияния состояния атмосферы (турбулентность, влажность, наличие потоков и т. д.) на особенности формирования и рассеяния аэрозолей в горных условиях. Отдельной проблемой стоит создание искусственных атмосферных образований и распространение оптического излучения в них для решения прикладных задач.

Частицы вещества, из которых образуются неоднородности в атмосфере, могут иметь разные формы и размеры. Задачи определения характеристик рассеяния излучения такими частицами достаточно сложны. Наименьшими трудностями вычислительного характера обладают решения, связанные со сферической формой частиц [4, 5], наибольшими — с произвольной формой. В настоящее время имеются результаты расчета рассеивающей способности естественных и искусственных аэрозольных образований. Они являются достаточно сложными и требуют значительных затрат времени на получение приемлемых результатов. Методики этих расчетов приведены в большом числе публикаций [6-11].

Особый интерес представляет исследование физических характеристик искусственных аэрозольных образований. К настоящему времени закономерности возникновения, временные характеристики существования таких образований, а также особенности поглощения и отражения в них ИК-излучения изучены не достаточно [12, 13].

Основной причиной такого положения являются:

-недостаточная точность конечного информационного продукта, получаемого с помощью цифровых и инструментально-визуальных методов обработки первичных данных;

-недостаточность данных о диэлектрических характеристиках аэрозолей;

-отсутствие надежных экспериментальных данных измерений поглощения, отражения оптического излучения в искусственных аэрозольных образованиях.

Аэрозольные частицы, созданные в атмосфере, становятся составной частью последней и в своем поведении подчиняются основным законам, определяющим поведение воздуха. Все процессы, происходящие с аэрозольными частицами: испарение, оседание под действием силы тяжести и диффузия, имеют место и в искусственных образованиях в атмосфере [14, 15, 16].

Важную роль в распространение оптического излучения в искусственных атмосферных неоднородностях играет турбулентность. Необходимо отметить, что процессы турбулентного обмена сравнительно хорошо изучены только в самых нижних слоях атмосферы (до высот несколько сотен метров), где сосредоточено основное внимание исследователей на распространение примесей от промышленных источников загрязнения атмосферы [14, 15, 16]. Намного хуже изучены турбулентные процессы на более высоких уровнях [17, 18]. Особенно это относится к уровням выше планетарного пограничного слоя. Именно здесь происходит образование облаков.

При распространении оптического излучения в атмосфере, прежде всего, действуют два фактора экстинкции излучения: молекулярное поглощение излучения и рассеяние излучения аэрозолями. Молекулярное поглощение излучения гораздо сильнее проявляется в «окне прозрачности» в диапазоне длин волн от 8 до 12 мкм и от 3 до 5 мкм малыми газовыми компонентами атмосферы, прежде всего водяным паром и углекислым газом. В ближней ИК и видимой части спектра существенную роль играет поглощение излучения аэрозолями. Аэрозоли могут состоять из гидрометеоров, пыли, а также иметь техногенное происхождение.

Распространяясь в реальной атмосфере, оптическое излучение не только ослабляется, но также испытывает изменения своего спектрального состава. Для практического применения оптической измерительной техники, равно как и для теоретических расчетов степени рассеяния и поглощения необходимо изучить свойства рассеивающей среды.

Распространение лазерного излучения в реальной атмосфере имеет свои особенности, обусловленные такими качествами лазерного излучения как когерентность, поляризация, узкая направленность. Изменения этих характеристик излучения зависят от многих условий состояния атмосферы: турбулентности, температурного градиента и некоторых других параметров. Таким образом, влияние атмосферы на распространение лазерного излучения носит комплексный характер, обуславливается множеством физических процессов, происходящих в атмосфере. Особенно это касается атмосферы над горами, характеризующейся экстремальными величинами параметров, происходящими из самих физических условий в горной местности: значительный контраст освещенности склонов, различия в солнечной экспозиции склонов, температурный градиент, влияние орографии местности на прилежащий слой атмосферы. Все эти особенности атмосферы в горной местности приводят к тому, что прозрачность атмосферы может меняться быстро и в значительных пределах. Кроме того, орографические особенности могут приводить к возникновению устойчивых аэрозольных облаков, тогда как термическая неустойчивость может вызвать быстрое рассеяние искусственных аэрозольных образований.

В качестве датчиков получения информации о текущем состоянии объекта используются оптико-электронные средства наблюдения, а также лазерные средства целеуказания. Работоспособность оптико-электронных средств наблюдения зависит от множества внешних факторов, в число которых входит и функционирование в условиях воздействия аэрозольных помех естественного происхождения или искусственно создаваемых.

В настоящее время существует ряд различных способов описания распространения аэрозолей в атмосфере [19 - 21]. К ним относятся: статистические модели, гауссовы модели, модели с «замыканиями» различных порядков, а также модели, основанные на теории подобия. Однако ни один из перечисленных способов не может претендовать на полную точность. В связи с этим представляется перспективным исследование распространения примесей по различным моделям, дополненное измерениями аэрозольных облаков в различных диапазонах длин волн в зависимости от орографии местности.

Цель работы.

Для достижения цели работы были поставлены и решены следующие задачи:

1. Рассмотрены атмосферные процессы в горной местности, способные оказывать существенное влияние на распространение оптического излучения. Рассмотрена связь различных метеопараметров атмосферы с ее оптическими характеристиками.

2. Создана экспериментальная установка для изучения влияния атмосферы на распространение оптического излучения, разработаны методики проведения экспериментальных наблюдений, а также методы обработки результатов наблюдений.

3. Проведены исследования прозрачности атмосферы в дальнем ИК, ближнем ИК и в видимом диапазонах длин волн.

6. Проведены исследования по оценке эффективности применения оптико-электронных систем (ОЭС) обнаружения и распознавания с учетом результатов натурных испытаний, разработаны предложения по особенностям их эффективного применения в горах.

Научная новизна.

В работе впервые получены следующие основные результаты:

Практическая ценность.

В работе представлен широкий комплекс теоретических и экспериментальных исследований распространения оптического излучения в горной местности. Полученные данные представляют научный и практический интерес, и могут быть использованы для решения задач, связанных с проблемами распространения оптического излучения в атмосфере, позволят повысить эффективность работы оптико-электронных систем с учетом пропускания оптического излучения в видимой, средне- и длинноволновой областях электромагнитных волн при их использовании в горной местности.

Положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие основные результаты:

- теоретических и экспериментальных исследований распространения оптического излучения в горной местности;

Апробация полученных результатов.

1. Пятой Российской конференции по атмосферному электричеству. Владимир, 2003.

2. V конференции молодых ученых. РАН Кабардино-Балкарский центр, Нальчик, 2004.

3. XX Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество». Эльбрус, 2005.

4. Научных геофизических семинарах ГУ «ВГИ».

Личный вклад автора.

Автором работы лично:

- проведены теоретические расчеты;

- принято участие в постановке и проведении экспериментов;

- выполнен анализ результатов экспериментальных измерений.

Публикации по теме диссертации.

По теме диссертации опубликовано 7 работ [22 - 28].

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения, списка литературы и приложений. Общий объем работы составляет 204 страницы машинописного

Заключение Диссертация по теме "Метеорология, климатология, агрометеорология", Рагимов, Эльхан Агабек оглы

В результате проделанной работы;

1. Произведены лабораторные и натурные исследования ослабления излучения СОг-лазера в окне прозрачности атмосферы 8-14 мкм и He-Ne-

лазера на длине волны 0,63 мкм. Эксперименты выполнены при помощи аппаратурных комплексов на базе многоходовых оптических кювет.2. Лабораторные эксперименты позволили установить зависимости пропускания лазерного излучения от концентрации водяного пара, общего давления, температуры среды и длины волны. На основе этих исследований предложена обобщенная полуэмпирическая модель континуума водяного пара в диапазоне 8-14 мкм. Создание натурной горизонтальной трассы переменной длины в горных условиях, где изменения метеорологических условий происходят в широких пределах в относительно короткие промежутки времени, позволило получить данные об ослаблении лазерного излучения воздухом при постоянном контроле параметров атмосферы,

3. Создана экспериментальная установка и разработана методика для измерения содержания водяного пара в атмосфере.4. Выполнены натурные эксперименты по определению содержания водяного пара в воздухе. С помощью данной установки предоставляется возможность проводить не только дистанционные измерения влажности, но и получать профиль влажности по высоте. Эта характеристика является одним из главных факторов, приводящих к образованию естественных атмосферных аномалий.5. Выполнены измерения концентрации и спектрального состава водяного пара и искусственных аэрозольных образований, возникающих в атмосфере при горении дымовой шашки и резины,

6. Показано, что эффективность применения лазерных каналов ОЭС в условиях высокогорья в атмосфере с МДВ > 20 км в значительной степени зависит от влагосодержания воздуха и интенсивности турбулентности в приземном слое.7. Временные изменения абсолютной влажности и коэффициента турбулентности цикличны и достаточно хорошо предсказуемы с приемлемой точностью, что позволяет прогнозировать наиболее благоприятные периоды применения и тем самым повысить эффективность функционирования лазерных каналов ОЭС в условиях высокогорья.8. Предложенная методика расчета предельной дальности видения активных лазерных систем, использующая понятие минимально разрешаемого контраста и учитывающая особенности восприятия изображений зрительным анализатором, позволяет оценивать эффективность работы лазерных систем с учетом реальных атмосферных параметров в приземном слое.9. Создана экспериментальная установка и разработана методика исследования влияния условий горной местности на работоспособность телевизионных систем. Проведены исследования влияния горных условий на работоспособность телевизионных систем.10. Проведен выбор информационных каналов для натурных исследований: • сделан анализ характеристик информационных каналов с учетом пропускания оптического излучения в видимой, средне — и длинноволновой областях спектра электромагнитных волн; проведен выбор информационных каналов для натурных исследований: 1ТУТК «Гарпия» (0,4 мкм - 0,9 мкм), ТпВК «MilCAM» (3 мкм — 5 мкм) и ТпВК «Сыч-2» (8 мкм — 12 мкм),

11. Разработаны программа и методика проведения натурных исследований информационных каналов для оптико-электронных систем.12. Проведены натурные исследования выбранных информационных каналов, проведена обработка полученной информации и сделана оценка технических характеристик каждого из рассматриваемых каналов.13. Определено что: • НУТК «Гарпия» обеспечивает обнаружение и распознавание зачетных объектов (мир) в широком диапазоне освеш.енностей: от 10'' до 10 лк. Динамический диапазон работы низкоуровневого канала достигает

59x10'^. Угловое разрешение имеет величину не более 0,45 угл. мин (объектив с F'=120 мм).Обладая высокими характеристиками по дальности обнаружения и распознавания, высоким разрешением при формате изображения 582x752, при малом энергопотреблении НУТК «Гарпия» позволяет создавать низкоуровневые информационные каналы, работающие как автономно, так и в комплексе с каналами других спектральных диапазонов

(тепловизионными). • ТпВК «Сыч-2», предназначенный для работы в диапазоне спектра 8-

12 мкм обеспечивает круглосуточное применение системы. Данный информационный канал при угловом разрешении 2,2 угл мин. способен обеспечивать распознавание слабонагретых объектов (автомобиль) на расстояниях 1,1-1,3 км, К особенностям работы данного канала можно отнести наличие временных интервалов, когда происходит выравнивание контрастов.Следует отметить, что данный канал построен на базе перспективной микроболометрической матрицы формата 240x320 эл., вследствие этого не требует охлаждения и обладает низким энергопотреблением (Рпотр< 5 Вт).Можно также отметить, что создание информационного канала на базе более совершенной матрицы, разработанной фирмой ULIS (формат -

384x288 эл.; NETD < 85 мК) позволит значительно улучшить его характеристики в части обнаружения и распознавания. • ТпВК «MilCAM» с пороговой характеристикой АТпор=0,1 К для работы в диапазоне 3-5 мкм по слабонагретым объектам малоприемлемы.Проверка разрешающей способности данного канала показала соответствие её техническим данным — 1,5 угл. мин.Сравнительный анализ изображений, формируемых одновременно информационными каналами, работающими в разных спектральных диапазонах, показал, что яркостные признаки изображений в средней и дальней области сильно коррелированы. Яркостные признаки низкоуровневых изображений слабо коррелированы с признаками тепловизионных изображений.По результатам проведенных исследований можно сделать вывод о необходимости использования многоспектральных систем, обладающих высокой точностью, круглосуточностью применения, и помехозащищенностью.

Библиография Диссертация по наукам о земле, кандидата физико-математических наук, Рагимов, Эльхан Агабек оглы, Нальчик

1. Филипов В.Л., Иванов В.П., Колобов Н.В. Динамика оптической погоды. — Издательство Казанского Университета, 1986 г. 7-40 с.

2. Ивлев Л.С. Современные проблемы и перспективы аэрозольных исследований. // 2 Международная конференция "Естественные и антропогенные аэрозоли", Санкт-Петербург, 1999 // Материалы. СПб / Изд-во 1ТИИХ СпбГУ, 2000. - С . 11-14.

3. Зуев В.Е. Вопросы лазерного зондирования атмосферы. — Новосибирск, 1976 г.Сибирское отделение АН СССР . 61 —73 с.

4. Дейрменджан Д. Рассеяние электромагнитного излучения сферическими полидисперсными частицами, - М.: Мир, 1971. - 236 с,

5. Фарафонов В.Г, Рассеяние электромагнитных волн на сфероидах: Автореф. канд. дне. -Л.: 1981. — 16 с.

6. Зуев В.Е., Креков Г.М, Оптические модели атмосферы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1986. - 256 с.

7. Кондратьев К.Я., Москаленко Н.И., Поздняков Д.В. Атмосферный аэрозоль. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 224 с.

8. Юнге Хр. Химический состав и радиоактивность атмосферы/ Пер. с англ. - М.: Мир, 1965. - 424 с.

9. Розенберг Г.В. Атмосферный аэрозоль и оптика рассеивающих сред. - В кн.: Некоторые проблемы современной физики атмосферы. -М.: 1981. — 134-157.

10. Twomey S. Atmospheric Aerosols. - Elsevier Sclent. Publ. Сотр., Amsterdam, 1977. - 302 p.

11. Jaenicke R, Aerosol physics and chemistry, Landolt-Bomstein, new series Volume v/4b Meteorology // Physical and Chemical Properties of Air, Springer, Berlin, Heidelberg, New York, 1987.

12. М.П. Мусьяков, И,Д. Миценко, Г.Г. Ванеев, Проблемы ближней лазерной локации. - М.: Изд-во МГТУ им, Н.Э, Баумана, 2000 - 295 с.

13. Мазин И.П., Штемер СМ. Облака, строение и физика образования. - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - 279 с.

14. Берлянд М.Е, Современные проблемы атмосферной диффузии и загрязнения атмосферы. -Л.: Гидрометеоиздат, 1975.- 448 с.

15. Берлянд М.Е., Кисилев В.Б. Распространение в атмосфере промышленных выбросов влаги и их влияние на рассеивание примесей // Метеорология и гидрология. - 1975. - № 4. - 3 - 15.

16. Кондратьев К.Я., Биненко В.И., Петренчук О.П. Влияние города на радиационные свойства облачности. - Изв. АН СССР/ Физика атмосферы и океана, 1981. - т . 17 - № 1 - 122 - 127.

17. Миронов В.Л. Распространение лазерного пучка в турбулентной атмосфере. - Новосибирск: Наука, 1981. - 246 с.

18. Goroch А., Burk S., Davidson К. Stability effects on aerosol size and height distributions. // Tellus, 1980. - 32. - № 3. - P. 245-250

19. Климатические характеристики условий распространения примесей в атмосфере / Под. ред. Э.Ю. Безугловой. — Л.: Гидрометеоиздат, 1983.- 328 с.

20. Петренчук О.П. Экспериментальные исследования атмосферных аэрозолей. — Л.: Гидрометеоиздат, 1979. - 262 с.

21. Аджиев А.Х., Сенов Х.М., Андриевская В.Ю. Рассеяние электромагнитных волн заряженными частицами // Материалы Всероссийской конференции по физике облаков и активным воздействиям на гидрометеорологические процессы. - Нальчик, 2001.-С.72-74.

22. Зашакуев Т.З., Рагимов Э.А., Рогачев М.И. Разработка методики исследования состава аэрозольных образований искусственного происхождения. // Материалы V конференции молодых ученых. РАН Кабардино-Балкарский центр, Нальчик, 2004, 18-19 с.

23. Аджиев А,Х., Рагимов Э.А., Андриевская В,Ю. Исследования поглощения в атмосфере излучения СОг — лазера, // Физические науки: Вестник Кабардино-Балкарского Государственного университета — Нальчик, 2004. - Вып, 9 - с, 57-58.

24. Зашакуев Т,3,, Рагимов Э.А. Лабораторные исследования ослабления He-Ne-лазера в атмосферных неоднородностях. // . Физические науки: Вестник Кабардино-Балкарского Государственного университета -Нальчик, 2004, - Вып. 9 - с. 59.

25. Аджиев А.Х., Рагимов Э.А. Воздействие струи газовой горелки на распространение лазерного излучения. Тезисы XX Международной конференции «Воздействие интенсивных потоков энергии на вещество». Эльбрус, 2005г. C.31.

26. Аджиев А.Х., Рагимов Э.А. Физика экстремальных состояний вещества. Черноголовка, 2005г. с.39,

27. Сенов Х,М, Математическая модель ослабления и поглощения электромагнитного излучения в облаках //Физика облаков и активные воздействия // Тр. ВГИ / Росгидромет, - Санкт-Петербург, 2001. — вып, 9 1 . -С. 130-136.

28. Тверской П.Н. Курс метеорологии (Физика атмосферы).- Л. Гидрометеоиздат, 1962. С 184 - 189.

29. Васильев Л.,Гудошников Ю.П., Ивлев Л.С. Активные воздействия на атмосферные процессы. // 2 Международная конференция "Естественные и антропогенные аэрозоли", Санкт-Петербург, 1999 // Материалы.СПб / Изд-во НИИХ СпбГУ, 2000, - 251-258.

30. Будыко М.И, Климат и жизнь. -Л.: Гидрометеоиздат, 1971.- 470 с.

31. Будыко М.И, Влияние человека на климат. -Л,: Гидрометеоиздат, 1972.-46 с.

32. Будыко М.И. Изменения климата. -Л.: Гидрометеоиздат, 1974.- 230с.

33. Берлянд М.Е. и др. Климат города и проблема изменения глобального климата // Метеорология и гидрология. - 1972. - № 9. - 11-18.

34. Берлянд М.Е. и др. К теории зависимости между концентрацией аэрозолей в атмосфере и их потоком на горизонтальный планшет: Труды ГГО, 1966-Вып. 185.-С. 3-14.

35. Берлянд М.Е., Селезнева Е.С. Защита воздушной среды от загрязнения и исследования атмосферных примесей: Труды ГГО, 1974 -Вып. 344.-С. 209-231.

36. Берлянд М.Е., Кондратьев К.Я. Города и климат планеты. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972.-39 с.

37. Борисенков Е.П. Климат и его изменения. // Новое в жизни, науке, технике / Физика. - М.: Знание, 1976. - № 6. - 64 с.

38. Кондратьев К.Я. и др. Влияние аэрозоля на перенос излучения: возможные климатические последствия. - Л.: Издательство ЛГУ, 1973. -266с.

39. Кондратьев К.Я., Ракипова Л.Р. Радиация и динамика атмосферы: радиационные эффекты аэрозоля // Труды ГГО.- 1974 - Вып. 344. - 64-82.

40. Кондратьев К.Я. и др. Глобальный аэрозольно-радиационный эксперимент (ГАРЭКС). - Обнинск: изд. ВНИИГМИ-МЦЦ, 1976. - 28 с.

41. Кондратьев К.Я. Новое в теории климата. - Л.: Гидрометеоиздат, 1976.-64 с.

42. Аэрозоль и климат/Под ред. К.Я. Кондратьева. -Л.: Гидрометеоиздат.-1991.-541 с.

43. Федоров. Е.К. Воздействие человека на метеорологические процессы. // Вопросы философии. - 1958. - № 4. - 137-144.

44. Ландсберг Х.Е. Антропогенные изменения климата // В кн.: Физическая и динамическая климатология / Труды симпозиума по физической и динамической климатологии. - Л., 1974. — 267-313.

45. Ровинский Ф.Я., Филлиппова Л.М., Израэль Ю.А. Фоновый мониторинг: региональные и базовые станции, биосферные заповедники // В кн.: Мониторинг состояния окружающей природной среды. - Л., 1977. - 117-130.

46. Розенберг Г.В. Сумерки. - М.: Физматгиз, 1961. - 380 с.

47. Борен К., Хафмен Д. Поглощение и рассеяние света малыми частицами: Пер с англ. - М.: Мир, 1986. - 664 с.

48. Ивлев Л.С., Андреев Д. Оптические свойства атмосферных аэрозолей. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1986. - 359 с.

49. Фейгельсон Е.М. Радиационные процессы в слоистообразных облаках. -М: Наука, 1964. - 231.

50. Стыро Б.И. Самоочищение атмосферы от радиоактивных загрязнений. -Л.: Гидрометеоиздат, 1968. -287 с.

51. Зельманович И.Л., Шифрин К.С. Рассеяние полидисперсными системами. Таблицы по светорассеянию, т. 1-4, Л., 1966-1971.

52. Израэль Ю.А. Мирные ядерные взрывы и окружающая среда - Л.: Гидрометеоиздат, 1974. - 135 с.

53. Кароль И.Л. Радиоактивные изотопы и глобальный перенос в атмосфере. - Л.: Гидрометеоиздат, 1972. - 380 с.

54. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно- неоднородных средах. -М.: Мир, 1981 г., т. 1,2.

55. Detwiler A.,Pratt R. Засев ясного неба: возможности и стратегия. // «J. Weather Modif», 1984 г. - Вып. № 1. - 46 - 60.

56. Г. Ван де Хюлст. Рассеяние света малыми частицами, -М.: Изд-во иностр. литературы, 1961. - 526 с , 1968. -536 с.

57. Емиленко А.С., Толстобров В.Г. Рассеяние света полидисперсным аэрозолем. - М., 1981. - 212 с.

58. Зуев В.Е. Распространение видимых и инфракрасных волн в атмосфере. - М., 1970. - 496 с.

59. Микиров А.Е., Смеркалов В.А. Исследование рассеянного излучения верхней атмосферы. - Л., 1981. - 208 с.

60. Палий А.И. Радиоэлектронная борьба. -М.: Воениздат, 1981г.- 320с.

63. Зарубежное военное обозрение. - 1995. - № 4.

64. Зарубежное военное обозрение. -1998. -№ 10.

65. Гольденберг А. Научно-технический отчет о НИР «Анализ функционально-технических особенностей РЭС и систем радиолокации ведущих зарубежных стран как объектов информационного противоборства», 2000.

66. Кондратьев К.Я. и др. Аэрозоль в районе АТЭП и его радиационные свойства: Труды ГГО, 1975. -Вып. 381. -С. 67-130.

67. Muller J. Die Verweilzeit schwebstaubgebundener Stoffe in der Atmosphare. // Aerosols Sci., Med. and Technol. : Phys. and Chem. Prop. Aerosols. 8 Conf., Schmallenberg, 1980-P. 190-197.

68. Кротенко Е.Г. К вопросу о защите от высокоточного оружия: Военная мысль, 1986.

69. Запорожец Г.В. Применение высотных взрывов обычных авиационных боеприпасов в интересах радиоэлектронной борьбы в ВВС: Диссертация доктора техн. наук 05.23.07. ВВИА им. Жуковского, 1998.

70. Степанов Ю.Г. Противорадиолокационная маскировка. -М: Советское радио, 1968г.- 144.

71. Амшуков А.Х., Газарян Р.П., Дикинов Х.Ж. Численное решение задачи о распространения облака полидисперсной примеси в свободной атмосфере // Тр. ВГИ. - 1991. - Вып. 83. - 44 - 54.

72. Богомолов О.С., Калов Х.М., Пашкевич М.Ю. Исследование распространения пассивных радиолокационных отражателей в облаке и околооблачном пространстве // Тр. ВГИ. - 1989. - Вып. 76. - 77 - 82.

73. Пат. 2.729.055 ФРГ. Способ получения густых облаков для военных целей, состоящих из высокодисперсных твердых частиц, которые выбрасываются из резервуара с помощью сжатого газа-1973.

74. Пат. 2719877 ФРГ, Способ получения взрывчатых аэрозолей, состоящих из аэрозольных веществ, взрываемых с помощью инициированного заряда —1978,

75. Пат. 2858823 Франция. Устройство для разбрасывания мелких частиц с целью создания радиолокационных помех - 1978.

76. Пат. 2396265 Франция. Способ создания плотной дымовой завесы с целью маскировки - 1979.

77. Пат. 2421363 Франция. Способ создания плотной дымовой завесы с целью ослабления излучения -1979.

78. Пат. 2019875 Великобритания. Аэрозоль, уменьшающий пропускание электромагнитного излучения —1979.

79. Пат. 11510813 Великобритания. Транспортное средство, в форме артиллерийского снаряда, предназначенное для мгновенного и обширного рассеивания отражающего излучение материала-1979.

80. Пат. 0037515 Швейцария. Комбинированный туман- 1985.

81. А.с. 1029711 СССР. Способ запуска дипольных отражателей на высоко-атмосферную траекторию (Центральное конструкторское бюро гидрометеорологического приборостроения)- 1984.

82. Коваленко A.M. и др. Способ постановки дымовых завес. - ДХТИ , 1982.

83. Пат. 3934817 США. Устройство для образования тумана — 1976.

84. Пат. 4096005 США. Пиротехнический состав, способствующий формированию облаков —1987.

85. Dufour L. Microphysigue des nuages. Ill Noyaux glacogenes. - "Ciel et Terre", 1961, V.77, N 62, p. 112.

86. Reiter R., Sladkovic R., Rotzi K. Phys. Chem., 1978, v.82, p. 1183- 1193.

87. Мак-Картни Э. Оптика атмосферы (рассеяние света молекулами и частицами). Пер. с англ. под ред. К.С. Шифрина. - М.:Мир , 1979. — 421 с.

88. Георгиевский Ю.С. Пирогов СМ. Чавро А.И. Шукуров А.Х. - О связи между статистическими характеристиками распределения частиц по размерам и коэффициентам ослабления. Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1978, т. 14, № 4, с. 405-411.

89. Малкевич М.С., Георгиевский Ю.С, Чавро А.И., Шукуров А.Х. — Статистические характеристики спектральной структуры ослабления радиации в приземном слое атмосферы. - Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1977, т.13, № 12, с.1257-1267.

90. Пхагалов Ю.А. Экспериментальные исследования спектральной прозрачности атмосферы и ее стохастических характеристик в видимом и инфракрасной областях спектра. — Автореф, дис...канд.физ.-мат. наук. -Томск, СФТИ - ТГУ, 1972.

91. Филипов В.Л. Спектральное молекулярное пропускание горизонтальных трасс приземной атмосферы. - Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1979, № 1, с. 114-116.

92. Филипов В.Л., Мирумянц СО. Анализ среднестатистических зависимостей коэффициентов аэрозольного ослабления в области 0,59-10 мкм. - Изв. ВУЗов, Физика, 1972, № 10, с. 103-106.

93. Торопова Т.П., Косьяненко А.Б., Саламахин К.М., Тен А.П., Токарев О.Д. Ослабление света в приземном слое и атмосферный аэрозоль. В кн.: Поле рассеянного излучения в земной атмосфере. - Алма-Ата: Изд. АН Каз. ССР, 1974, с.32-90.

94. Филипов В.Л., Иванов В.П. Морфологические характеристики аэрозольных образований в естественной атмосфере и тенденции их трансформации в процессе циркуляции воздушных масс. - М., 1975. 118 с . -Деп. ЦНИИ информации и ТЭИ, 1975, № 934, с.75.

95. Филипов В.Л., Казаков В.Н., Мирумянц CO., Ососков А.Н., Семенов Л.С, Соловьева К.С, Циглер Л.Д. Оптико-электронный прибор для дисперсного анализа аэрозольных сред. - Опт. мех. пром., 1976, № 4, с.28-29.

96. Филипов В.Л. Атмосферные аэрозольные образования Морфология и сезонные градации. Изв. ВУЗов, Физика, 1976, № 5, с. 158.

97. Филипов В.Л., Макаров А.С Ослабление излучения атмосферным аэрозолем в полосах поглощения увлажненных частиц. - Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1973, т. 14, № 5, с.557-561.

98. Филипов В.Л., Макаров А.С, Мирумянц CO., Ибрагимов А.С, Федотьева Р.В. Аппаратура для спектральных исследований закономерностей ослабления видимой и ИК радиации в приземном слое атмосферы. — Журн. Пр. спектр., 1975, т. XXII, в. 4, с. 766-771.

99. Малкевич М.С. Оптические исследования атмосферы со спутников. - М.: Наука, 1973, с. 302.

100. Наставление гидрометеорологическим станциям и постам. Вып. 3, ч. 1. - Л.: Гидрометеоиздат, 1958. — 296 с.

101. Пришивалко А.П. Влияние относительной влажности воздуха на элементы матрицы рассеяния света системами однородных и неоднородных частиц атмосферного аэрозоля. — Тр. ИЭМ, 1978, в. 18(71), с. 128 - 140.

102. Филипов В.Л., Мирумянц СО. Аэрозольное ослабление ИК радиации в окнах прозрачности атмосферы. - Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1971, т. 7, № 7, с.818-824.

103. Koabayssi М., Ikebe Y. Organic ice nuclei, ice forming properties of some aromatic compounds. - J. Meteor. Soc. Japan, 1961, v. 39, № 2, p. 143.

104. Товбин И.В., Чеша И.И., Гельман Л.А. Исследование кристализующего действия высокомолекулярных соединений. — В кн.: Тезисы докладов VIII международной конференции по нуклеации. — Л.: Гидрометеоиздат, 1973, с. 45.

105. Георгиевский Ю.С, Розенберг Г.В. Влажность как фактор изменчивости аэрозоля. - Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана, 1973, т. 9,№2,с.126-137.

106. Балин Ю.С, Креков Г.М., Самохвалов И.В., Рахимов Р.Ф. Влияние влажности на локационное рассеяние в атмосфере. - Метеорология и гидрология, 1978, № 8, с. 114-119.

107. Bullrich К., Eiden R. Optical transmission on atmosphere in Hawaii. Met. Geophys. Inst. d. Iniversitat, 1966, Mainz. - 97 s.

108. Hanel G. New results concerning tlie dependence of visibility on relative numidity and their significance in a model for visibility forecast. — Contrid. Atmosph. Phys., 1971, v. 44, № 2 - 3, p. 137 - 167.

109. Розенберг Г.В., Горчаков Г.И., Георгиевский И.О., Дюбовцева Ю.С. Оптические параметры атмосферного аэрозоля. В кн. Физика атмосферы и проблемы климата. М.: Наука. 1980. 216-256.

110. Андреев Д., Ивлев Л. Поглощение инфракрасного излучения различными фракциями атмосферного аэрозоля. Изв. АН СССР, ОАО. 1980. Т. 16, №9. 907-915.

111. Макаров А. С , Филиппов В. Л. Некоторые материалы исследования коэффициентов ослабления излучения (Х.=8-12 мкм) в естественной атмосфере. Изв. Вузов. Радиофизика. 1978. Т. 21, № 3. 368-371.

112. Отчет о научно-исследовательской работе "Экспериментальные исследования ослабления лазерного излучения атмосферой", г. Нальчик, ВЭО РАН, 1993г.

113. Любовцева Ю.С. О роли поглощения субмикронной фракцией атмосферного аэрозоля в окне прозрачности 8-13мкм. Изв. АН СССР, ФАО. 1982Т18,№9

114. Комалов А.С., Степанов Г.В., Степанова СИ. и др. Исследование эффективности осаждения аэрозолей на миллипоровые фильтры. Труды ВГИ, вып. 76, 1989, 9-12.

115. Комалов А.С., Степанов Г.В., Чеченова Н.Ш. Способ приготовления образцов аэрозольной пробы. А.с. SU 1529071 А1 4G01. №1/28.

116. Левин Л.М. Исследование по физике грубодисперсных аэрозолей. М. Изд. АН СССР, 1961.С.169-175.

117. Вызова Н.Л., Гаргер Е.К., Иванов В.Н. Экспериментальные исследования атмосферной диффузии и расчеты рассеяния примеси. Л, Гидрометеоиздат, 1991.278с.

118. Вызова Н.Л. Рассеяние примеси в пограничном слое атмосферы. М. Гидрометеоиздат, 1974. 191с.

119. Физические величины. Справочник. / Под ред. Григорьева И.С., Мейлихова Е.З. М. Энергоатомиздат. 1991. 1231 с.

120. Холл Д.А. Сигнал и шум при передаче изображений. В кн. Полупроводниковые формирователи сигналов изображения. Под ред. П.Иесперса, Ф.Ван де Виле, М.Уайта. М. Мир, 1979, 478-498.

121. Ллойд Дж. Системы тепловидения. М. "Мир" 1978.

122. Якушенко Ю. Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М. Логос, 1999.

123. Лазарев Л.П. Инфракрасные и световые приборы самонаведения и наведения летательных аппаратов. М. "Машиностроение", 1976. «о

Информация о работе

Рагимов, Эльхан Агабек оглы
кандидата физико-математических наук
Нальчик, 2005
ВАК 25.00.30

Диссертация

Исследование распространения оптического излучения в горной местности - тема диссертации по наукам о земле, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы