Ветровое зондирование когерентными доплеровскими лидарами

• Автор: Смалихо, Игорь Николаевич
• Шифр специальности: 01.04.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2011
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 315 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
Введение

Глава I. Принципы формирования сигнала КДЛ и статистические свойства эхосигнала

1.1. Введение

1.2. Принцип работы и базовые соотношения, определяющие сигнал КДЛ

1.3. Статистические свойства эхосигнала непрерывного КДЛ

1.3.1. Статистические характеристики эхосигнала непрерывного КДЛ

1.3.2. Одномерные функции плотности вероятностей амплитуды и мощности эхосигнала непрерывного КДЛ

1.4. Статистические свойства эхосигнала импульсного КДЛ

1.4.1. Статистические характеристики эхосигнала импульсного КДЛ

1.4.2. Влияние турбулентных пульсаций показателя преломления воздуха на статистические характеристики мощности эхосигнала
1.5. Выводы но первой главе
Глава II. Статистические характеристики лидарных оценок радиальной скорости и ширины доплеровского спектра
2.1. Введение
2.2. Оценивание спектральных моментов
2.2.1. Весовые функции усреднения по зондируемому объему
2.2.2. Практические алгоритмы оценивания
2.3. Статистические характеристики оценок радиальной скорости и ширины доплеровского спектра в случае непрерывного КДЛ
2.3.1. Дисперсия лидарной оценки радиальной скорости и математическое ожидание квадрата ширины доплеровского спектра
3.3.2. Временная структурная функция и спектр скорости ветра, измеряемой непрерывным КДЛ
2.4. Погрешность оценивания радиальной скорости из данных непрерывного КДЛ
2.5. Влияние турбулентных пульсаций показателя преломления на временной спектр скорости ветра, измеряемой непрерывным КДЛ
2.6. Статистические характеристики оценок радиальной скорости и ширины доплеровского спектра в случае импульсного КДЛ
2.7. Выводы по второй главе
Глава III. Исследования возможностей измерения когерентным доплеровским лидаром скорости и направления ветра
3.1. Введение
3.2. Измерения средней скорости и направления ветра непрерывным КДЛ
3.3. Методы оценивания вектора скорости ветра из данных импульсного КДЛ
3.3.1. Метод ФСП
3.3.2. Метод МФАС
3.3.3. Метод ВВМП
3.3.4. Нижняя граница Крамера-Рао
3.3.5. Анализ точности методов на основе численного моделирования
3.4. Экспериментальное тестирование методов ФСП и МФАС
3.5. Моделирование восстановления высотных профилей ветра из измерений космическим КДЛ
3.6. Выводы по третьей главе
Глава IV. Методы и результаты измерения параметров ветровой турбулентности когерентным доплеровским лидаром
4.1. Введение
4.2. Оценивание параметров ветровой турбулентности из ширины доплеровского спектра непрерывного КДЛ и временного спектра измеряемой им скорости ветра
4.3. Метод определения скорости диссипации энергии турбулентности из поперечной пространственной структурной функции радиальной скорости, измеряемой непрерывным КДЛ при коническом сканировании
4.4. Восстановление высотных профилей скорости диссипации энергии турбулентности из данных непрерывного КДЛ
4.5. Методы оценивания параметров ветровой турбулентности из данных, измеряемых
импульсным КДЛ при сканировании зондирующим пучком в вертикальной плоскости

4.6. Экспериментальные исследования возможностей измерения турбулентности импульсным КДЛ в пограничном слое атмосферы
4.6.1. Сопоставление лидарных оценок скорости диссипации энергии турбулентности с данными акустических анемометров
4.7. Определение зон турбулентности ясного неба когерентным доплеровским лидаром. Численное моделирование
4.8. Выводы по четвертой главе :

Глава V. Лидарныс исследования влияния атмосферы на вихревой след за самолетом
5.1. Введение
5.2. Влияние самолетных вихрей на форму доплеровских спектров. Огибающие скорости и метод интегрирования
5.3. Измерения параметров самолетных вихрей непрерывными КДЛ
5.4. Измерения параметров самолетных вихрей импульсным КДЛ
5.5. Сравнительный анализ результатов одновременных измерений параметров самолетных вихрей импульсным и непрерывными лидарами
5.6. Результаты измерений параметров вихревого следа за самолетом в приземном слое атмосферы
5.7. Лидарные исследования влияния ветра и атмосферной турбулентности на вихревой след за самолетом в пограничном слое атмосферы
5.8. Измерения параметров вихревого следа лидаром самолетного базирования в свободной атмосфере
5.9. Выводы по пятой главе
Заключение
Приложение
Литература

/» = 3 a

(1+ A«3)2 (1 + Afl3)
(1.3.15)
Рис. 1.3. Модель распределения концентрации по размерам аэрозольных частиц (точки и кривая 1) и параметр //, (я) (кривая 2)
В расчетах по формулам (1.2.35), (1.2.36), (1.2.43) и (1.3.15) будем задавать т-1,4 + у'0,08 [291]. Тогда при Я= 10,6 мкм /Г, = 0,55 • 107 (м ср)"1. Для непрерывного СОг лидара с Р,,= 4 Вт, г]= 0,4 и В, =5 МГц [76], воспользовавшись формулой (1.3.13), получаем SNR = 29. Такое довольно большое число когерентно детектируемых фотонов, приходящих из атмосферы, позволяет не учитывать шумовую составляющую сигнала при интерпретации экспериментальных данных.
Рассчитанные значения полного числа частиц, находящихся в зондируемом объеме, Np = p0Veff даны в Таблице 1.1. Если предположить, что амплитуды рассеяния (размеры)
у всех частиц одинаковые, то при условии N »1 одномерная плотность вероятности реальной и мнимой частей Zs будет (в силу центральной предельной теоремы) иметь гауссово распределение. Согласно данньм Таблицы 1.1, даже при R= 10 м такое условие выполняется. Однако, из общего числа частиц N большинство частиц имеют малые
размеры (см. рис. 1.3) и они оптически неактивны, т.е. доминирующий вклад в мощность рассеянного излучения вносят более крупные частицы. Функция