Исследование и использование метода спонтанного комбинационного рассеяния в бортовом лидаре с ультраспектральным разрешением

• Автор: Кащеев, Сергей Васильевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 122 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ

Глава 1. АНАЛИЗ ПРОБЛЕМЫ И

ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

1.1 Анализ методов современного дистанционного мониторинга атмосферы и природных образований на поверхности земли

1.1.1 Основные методы аэрокосмической спектрофотометрии природной среды

1.1.2 Физические основы современных аэрокосмических методов дистанционного зондирования среды

1.2 Атмосфера как исследуемая среда. Лидарное уравнение.

1.3 Выводы по главе

Глава 2. ИССЛЕДОВАНИЕ МЕТОДА

СПОНТАННОГО КОМБИНАЦИОННОГО РАССЕЯНИЯ
2.1 Методы лазерного дистанционного зондирования
2.2 Теоретическое исследование спектров комбинационного рассеяния веществ
2.3 Экспериментальное исследование комбинационных спектров рассеяния веществ - основных загрязнителей атмосферы
2.4 Выводы по главе
Глава 3. РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСА ДЛЯ КОНТРОЛЯ СОСТОЯНИЯ ГАЗОПРОВОДОВ
3.1 Требования, предъявляемые к лидарным комплексам и их отдельным элементам для работ на магистральных газопроводах.
3.2 Разработка структуры автоматизированного лидарного комплекса
3.3 Методика оптимизации характеристик
3.4 Разработка аппаратных средств комплекса
3.5 Разработка программных средств комплекса
Глава 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ПРОВЕРКА МЕТОДА И АППАРАТНО-ПРОГРАММНЫХ СРЕДСТВ
4.1 Магистральные газопроводы как объект контроля
4.2 Классификация дефектов на магистральных газопроводах..
4.3 Современные методы и оборудование контроля состояния
магистральных газопроводов
4.4 Методика исследования технического состояния
участков магистрального газопровода
4.5 Результаты испытаний лидарного комплекса «Факел»
на участке магистрального газопровода
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Принципиальная и оптическая схемы лазера ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Протокол испытаний
ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Акт внедрения ФГУП «НПК «ГОИ им. С.И.Вавилова» ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Акт использования ЗАО «Лазеры и оптические системы» ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Акт внедрения СПбГЭТУ «ЛЭТИ»

ВВЕДЕНИЕ
Лидарная техника относится к одному из приоритетных и стратегических направлений оптико-электронного приборостроения. Это связано с тем, что сенсоры, основанные на дистанционном лазерном зондировании, позволяют проводить детальный анализ исследуемых объектов и компонентов окружающей среды по их спектральным характеристикам в условиях существенно ниже предельного урбвня пространственного разрешения наблюдательных систем. При этом использование лидарных комплексов не вызывает деструктивного воздействия на объекты окружающей среды.
Создание источника когерентного излучения привело к разработке широкого класса систем активного дистанционного зондирования, которые получили различные названия, например: лазерный радар, лидар, лазерный флюорометр, лазерный батометр и т.д. С учетом общности составных элементов всех этих устройств этот новый класс систем активного дистанционного зондирования объединили одним термином -лидар.
С 70-х годов лазерные источники в качестве передатчика стали использоваться практически во всех лидарах. А в 90-х годах лидарная техника получило масштабное развитие благодаря удешевлению комплектующих изделий и элементной базы, с одной стороны, и прогрессу в лазерной технике, средствах вычислительной техники и программного обеспечения, с другой. Таким образом, лазерное зондирование - наиболее современный метод исследования параметров компонентов земной биосферы и окружающей среды в целом, которые в принципе дистанционно не могут быть измерены другими методами.
Дистанционное зондирование, как правило, осуществляется с борта летательных аппаратов. Создание авиационного лидара с предельно высокой

дистанционного контроля газодымных шлейфов труб, концентрации составляющих в которых могут быть на несколько порядков выше по сравнению со значениями в атмосфере [2, 15, 23].
Привлекательной особенностью комбинационного рассеяния является та легкость, с которой этот метод позволяет определить отношение концентрации любой составляющей к концентрации некоторой опорной компоненты (например, азота) по отношению комбинационных сигналов при условии того, что отношение сечений известно [24].
Сечение поглощения обычно значительно превышает как эффективное (с учетом тушения) сечение флюоресценции, так и сечение комбинационного рассеяния. Следовательно, на основе ослабления пучка лазерного излучения с соответствующим образом подобранной частотой можно создать чувствительный метод определения средней
концентрации определенной компоненты. Для того чтобы выделить вклад поглощения интересующей нас молекулы в ослабление лазерного пучка, обычно применяется метод так называемого дифференциального поглощения. Данный метод предполагает использование двух частот: одной в центре линии из полосы поглощения интересующей нас молекулы, а другой - в крыле этой линии. За редким исключением, большинство полос поглощения, представляющих интерес для
дистанционного зондирования, лежат в ИК-области спектра и соответствует колебательно-вращательным переходам. Хотя в принципе при таком подходе используется бистатическая схема лидара, остроумное использование отражателей или топографических рассеивателей
позволяет работать с более удобным моностатическим лидаром. К основным недостаткам этого метода относятся низкое пространственное разрешение и малая чувствительность ИК-детектеров [25, 26].
Высокие чувствительность и пространственное разрешение могут