Методы обработки сигналов в лидарных системах при исследовании газодымовых выбросов в зонах кризисных и чрезвычайных ситуаций

• Автор: Лысов, Павел Игоревич
• Шифр специальности: 05.12.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 151 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. ОБЗОР СУЩЕСТВУЮЩИХ СИСТЕМ ЛИДАРНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ В ЗОНАХ КС И ЧС
1.1. Этапы развитая и современное состояние исследования атмосферы с помощью лидаров
1.2. Аэрозольные лидары для мониторинга воздушной среды в зоне кризисных и чрезвычайных ситуаций, а также в экологически неблагоприятных районах
1.3. Лидары дифференциального поглощения для мониторинга газовых составляющих атмосферы
1.4. Постановка задач, решаемых в работе
1.5. Выводы по главе
ГЛАВА 2. ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ
2.1. Уравнение мощности принимаемого сигнала на входе фотоприёмного устройства лидарной системы
2.1.1. Описание параметров уравнения
2.1.2. Сравнительный анализ лидарного уравнения и уравнения радиолокагрш
2.2. Виды рассеяния электромагнитного излучения атмосферными частицами и молекулами газов, используемые в лидарных системах исследования атмосферы
2.3. Методы расчёта коэффициента ослабления атмосферного аэрозоля
2.3.1. Одноволновое зондирование аэрозолей
2.3.2. Двух- и многоволновое зондирование аэрозолей
2.4. Методы расчёта параметров компонентов атмосферы, применяемые
в диссертации
2.4.1. Модификация метода интегрального накопления для расчёта коэффициента ослабления аэрозоля
2.4.2. Расчёт относительной объёмной концентрации газов методом дифференциального погло1цения-рассеяния
2.5. Выводы по главе

ГЛАВА 3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛИДАРНОГО СИГНАЛА
3.1. Прохождение лидарного сигнала через приемный тракт лидарной системы
3.2. Разработка модели лидарного сигнала
3.3. Анализ свойств спектра лидарного сигнала с помощью разработанной модели
3.4. Моделирование зашумленного лидарного сигнала
3.5. Выводы по главе
ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ЛИДАРНОГО СИГНАЛА
4.1. Общие положения
4.2. Повышение точности расчётов лидарных измерений с помощью методов ЦОС
4.3. Фильтрация лидарного сигнала с помощью методов ЦОС
4.3.1. Фильтрация лидарного сигнала при расчете профиля коэффициента ослабления аэрозоля
4.3.2. Фильтрация лидарного сигнала при расчете относительной объёмной концентрации АХОВ
4.4. Обработка лидарных сигналов с использованием цифровой фильтрации
4.5. Выводы по главе
ГЛАВА 5. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
5.1. Сведения о системе «АСДМ-Лидар» и входящих в неё комплексах
5.2. Работа программы обработки лидарного сигнала
5.3. Сравнительная оценка погрешности восстановления для программы обработки лидарных сигналов с помощью моделирования
5.4. Анализ результатов обработки реальных лидарных сигналов
5.5. Сравнение результатов восстановления профилей параметров компонентов атмосферы с результатами, полученными в других работах
5.6. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК РАБОТ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ
СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ
УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ А. РЕЗУЛЬТАТЫ МОДЕЛИРОВАНИЯ ОБРАБОТКИ ЛИДАРНЫХ СИГНАЛОВ ПРИ ВОССТАНОВЛЕНИИ ПРОФИЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОСЛАБЛЕНИЯ АЭРОЗОЛЯ И ОТНОСИТЕЛЬНОЙ ОБЪЁМНОЙ КОНЦЕНТРАЦИИ ГАЗОВ
ПРИЛОЖЕНИЕ Б. РЕЗУЛЬТАТЫ ОБРАБОТКИ СИГНАЛОВ,
ПОЛУЧЕННЫХ ПРИ ПРОВЕДЕНИИ ИЗМЕРЕНИЙ С ПОМОЩЬЮ АППАРАТУРНЫХ КОМПЛЕКСОВ, ВХОДЯЩИХ В СИСТЕМУ «АСДМ-ЛИДАР»

найти например, в [65]. Там же приведены численные значения сечений для молекул N2, О2, СОг, СН4.
Метод КР не получил широкого распространения, несмотря на то, что он обладает рядом неоспоримых достоинств:
- для одновременного возбуждения спектров КР молекул различных газов используется один источник излучения с фиксированной частотой излучения;
- интенсивность сигнала КР пропорциональна количеству молекул детектируемого газа в зондируемом объеме;
- абсолютная калибровка осуществляется по отношениям сигналов КР от детектируемого газа и азота, кислорода или углекислого газа, содержание которых в атмосфере достаточно стабильно;
- процесс КР практически мгновенный (его длительность 10'14-10"12с). Практически единственным и решающим недостатком метода КР является малое значение сечения процесса. Мощность излучения при КР обычно на несколько порядков меньше мощности при упругом рассеянии, а при резонансном КР - на 1-2 порядка. Вследствие этого КР используется при зондировании мощных газовых шлейфов в тропосфере при близких расстояниях к исследуемому шлейфу [4, 8], что не всегда возможно сделать если исследуемый газ является опасным загрязнителем. Следует также отметить, что при использовании процесса комбинационного рассеяния может появиться весьма сильный побочный сигнал от упругого рассеяния на аэрозольных частицах, зачастую перекрывающий полезный.
Флуоресг/ешрт представляет собой двухступенчатое фотонное взаимодействие, заключающееся в испускании фотона атомом или молекулой после перехода их в возбужденное состояние за счёт поглощения фотона падающего излучения с частотой, лежащей в пределах одной линии поглощения [62]. Различают резонансную и широкополосную флуоресценции. Резонансной флуоресценцией называют процесс испускания фотонов при переходе из возбужденного уровня в невозбужденные. Резонансная флуоресценция дает дискретный спектр, похожий на спектр комбинационного рассеяния. Однако в боль-