Многофункциональная информационно-моделирующая система для гидрофизического эксперимента

• Автор: Солдатов, Владимир Юрьевич
• Шифр специальности: 01.04.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Фрязино
• Количество страниц: 150 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава 1. Технология гибких информационно-моделирующих

систем и задачи гидрофизики

1.1 .Новая информационная технология и ее адаптация к задачам

гидрофизического эксперимента

1.2. Анализ информационного обеспечения гидрофизического эксперимента

1.3. Инструментальные средства для гидрофизических экспериментов

1.3.1. Особенности использования инструментальных средств в гидрофизическом эксперименте

1.3.2. Адаптивный идентификатор на основе восьми канального спектрофотометра

1.3.3. Спектроэллипсометрическая система для диагностики водных растворов
1.3.4. Микроволновые радиометры как инструментарий для гидрофизических исследований
1.4. Методическое обеспечение гидрофизического эксперимента
Глава 2. Структура и функции информационно-моделирующей (
системы для гидрофизического эксперимента
2.1. Методика синтеза информационно-моделирующей системы
2.2. Структура информационно-моделирующей системы
2.3. Блок-схема информационно-моделирующей системы
2.4. Управляющие блоки
2.5. Функциональные блоки
2.6. База данных информационно-моделирующей системы
2.7. Технологический процесс функционирования информационно-моделирующей системы
2.7.1. Общая схема использования информационно-моделирующей системы в гидрофизическом эксперименте
2.7.2. Организация измерений с использованием адаптивного идентификатора
2.7.3. Измерение характеристик водных растворов с помощью спектроэллипсометрической системы
2.7.4. Измерение параметров водной среды с использованием радиометров микроволнового диапазона
Глава 3. Методическое и алгоритмическое обеспечение
информационно-моделирующей системы
3.1. Основные подходы к моделированию гидрофизических систем
3.2. Алгоритм восстановления динамических параметров методом дифференциальной аппроксимации
3.3. Преодоление нестационарности в экспериментальных данных
3.4. Индикатор фазовых переходов в гидрофизических системах
3.5. Алгоритм расчета функции радиояркостного отклика системы океан-атмосфера на вариации тепловых потоков
3.6. Алгоритм распознавания спектральных образов
Глава 4. Применение информационно-моделирующей системы
для решения задач гидрофизики
4.1. Обнаружение фазовых переходов в системе океан-атмосфера
4.1.1. Обнаружение момента зарождения тропического урагана (тайфуна)
4.1.2. Классификация фазовых состояний морской поверхности
4.1.3. Расчет отклика системы океан-атмосфера на изменение тепловых потоков
4.2. Оценка физико-химических характеристик пространственно неоднородных водных объектов
4.2.1. Спектральные характеристики некоторых водных объектов..
4.2.2. Планирование режима мониторинга пространственно неоднородных водных систем
4.2.3. Расчет динамических характеристик качества речной воды
4.2.4. Классификация пятен загрязнителей на водной поверхности..
4.3. Обнаружение содержания химических элементов в водных растворах
4.4. Расчет гидрологических характеристик на основе данных дистанционного мониторинга
Заключение
Литература

ВВЕДЕНИЕ
Актуальность темы исследования. Проблема оперативного многопланового контроля качества воды в гидрофизических системах различного назначения и масштаба является предметом исследования многих природоохранных программ. Актуальность этой проблемы определена Постановлениями Правительства Российской Федерации от 24 ноября 1993 г. «О создании единой государственной системы экологического мониторинга» и от 14 марта 1997 г. «Положение о введении государственного мониторинга водных объектов». Ее решение требует комплексного описания всех элементов гидрологического режима изучаемого водного объекта. Это возможно при построении типовой схемы водного баланса ограниченной территории, отражающей взаимодействие компонентов ее гидрологического цикла: осадки, испарение, эвапотранспирация, речной и береговой сток, приливы и отливы, атмосферный перенес влаги, сточные воды и т.д.
Проведение измерений характеристик гидрофизического объекта требует больших экономических затрат. Поэтому задача оптимизации натурных измерений является актуальной не только с научной точки зрения, но и с экономических позиций. Задача обработки и анализа экспериментальных данных, получаемых при экспедиционных измерениях гидрофизических и гидрохимических характеристик неоднородного в пространстве водного объекта, для своего решения требует создания информационной технологии, способной преодолеть трудности, возникающие из-за нестационарности рядов измерений, их динамичности и фрагментарности в пространстве.
В большинстве современных работ по автоматизации гидрофизических экспериментов создание информационных технологий сосредотачивается на синтезе гидрологических моделей различной сложности и их использовании для обработки данных наблюдений за процессами в конкретной гидрофизической системе. Развитие комплексных подходов к организации гидрофизического мониторинга с использованием универсальных моделей и алгоритмов остается на

фокусным расстоянием 30 мм направляется плоским поворотным зеркалом 18 на ПСП2, аналогичному ПСП1 и содержащему клин из кальцита 19, сферические зеркала 20 и 21 с фокусным расстоянием 65 мм и обтюратор 22. Дифракционная решетка 23 ( 1200 штрихов на мм) направляет излучение на сферическое зеркало 24 (диаметр зеркала 30 мм, фокусное расстояние 60 мм) и фокусируется на 35-элементную линейку фотодиодов 25, связанную с блоком интеграторов.
Плоское зеркало 29 устанавливается в пучок для регистрации лазерного пучка кремниевым фотодиодом 30. Точное угловое положение образца устанавливается автоколиматором, содержащим светодиод 31, полупрозрачную пластину 32, сферическое зеркало 33 с фокусным расстоянием 76 мм и плоское зеркало 34. Перекрестие из тонких проволок 35 и его изображение в прошедшем через образец излучении наблюдаются окуляром 36.
Вариант эллипсометрических измерений без компенсатора реализуется при введении в пучок плоских зеркал 26 и 27, установленных под углом 10 градусов к падающему на них излучению.
Калибровочные измерения в положении на просвет реализуются при установке в пучок плоского зеркала 37. Установка плоского зеркала 28 позволяет измерить дисперсию эллипсометрических параметров компенсатора.
Для юстировки и измерений с высокой локальностью излучение лазера 38 вводится в рабочий пучок плоским зеркалом 39.
В эллипсометрии измеряется относительный фазовый сдвиг двух ортогонально поляризованных компонент и их относительное изменение при взаимодействии пучка с образцом. Для эллипсометрии с конфигурацией поляризатор- образец- анализатор интенсивность света на фотодетекторе определяется формулой:
I = 10(sin 2 A sin2 Р + cos 2 A cos2 Р Tan2 Т + 0.5 sin 2А sin 2Р cos A Tan Т) (1.1)
где Р и А - азимуты поляризатора и анализатора; I о - коэффициент, не зависящий от Р и А; ¥ и А - эллипсометрические углы, определяющие отношение