Программное обеспечение моделирования, обработки и анализа данных лидарного зондирования газового состава атмосферы

• Автор: Бойченко, Иван Валентинович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 119 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ .

ГЛАВА 1 МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ЛИДАРНОГО

ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ

1.1 Лидарное зондирование атмосферы.

1.2 Лидарный метод дифференциального поглощения.

1.3 Методы сглаживания и численного дифференцирования

экспериментально измеренных функций

1.4 Методы регуляризации.

Выводы.

СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

ГЛАВА 2 МОДЕЛИРОВАНИЯ, ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ДАННЫХ
ЛИДАРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ
2.1 Требования к программному обеспечению лидарного
зондирования атмосферы.
2.2 Основные идеи по обеспечению эффективности разработки
программного обеспечения в научных исследованиях
2.3 Технологии объектноориентированного анализа и
проектирования.
2.4 Архитектурные решения и шаблоны проектирования
2.5 Интеграция вычислительной подсистемы с подсистемой
графического интерфейса пользователя
2.6 Сценарии возможных изменений и расширений
создаваемого программного обеспечения
Выводы
ГЛАВА 3 ПРОГРАММНЫЕ КОМПЛЕКСЫ ЛИДАРНОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ.
3.1 Обзор программного обеспечения лидарного зондирования
атмосферы
3.2 Информационная система ОЭИБ
3.3 Программная система МОББА
Выводы.
Заключение .
Литература


Томск; International laser and radar conference [ILRC], XX, Vichy, France, ; VII Joint International Symposium Atmospheric and ocean optics. Atmospheric Physics, Irkutsk, . По результатам работы напечатано шесть статей [8-]. Применение априорной информации об общем содержании озона в модифицированном методе оптимальной параметризации обеспечивает уменьшение ошибки восстановления высотного профиля озона в среднем с % до % относительно стандартного метода оптимальной параметризации. Предложенный подход к созданию программного обеспечения в области ЛЗА позволяет ускорить и упростить построение, тестирование, и последующую модификацию комплексного программного обеспечения в области моделирования, обработки и анализа данных лидар-ного зондирования газового состава атмосферы. Программные системы MOLSA и ODRIS, созданные на основе предложенного объектно-ориентированного подхода, и предназначенные для моделирования обработки и анализа данных лидарного зондирования озона и других газовых компонентов атмосферы, превышают по функциональным возможностям известные аналоги (SOUND, SAGDAM, LIDAR-PC, LIDAS и др. Достоверность результатов обеспечивается строгим применением математических методов решения обратных задач, использованием современных технологий разработки сложного программного обеспечения, внедрением реально работающих систем моделирования и обработки экспериментальных данных, а также тестированием с помощью замкнутого численного эксперимента. Диссертация состоит из введения, 3 глав, заключения и 3-х приложений. Полный объем диссертации 6 страниц текста и таблиц и рисунков. Список литературы содержит наименований. Работа была поддержана грантами РФФИ №3 и №2. МЕТОДЫ ОБРАБОТКИ ДАННЫХ ЛИДАРНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ 1. Лазерные методы занимают особое место в исследовании газового состава атмосферы. Это обусловлено более высоким пространственным разрешением и оперативностью получения информации по сравнению с другими методами. При распространении лазерного излучения в атмосфере наблюдается целая гамма явлений взаимодействия электромагнитного излучения со средой: поглощение и рассеяние атомами и молекулами атмосферных и примесных газов; рассеяние и поглощение аэрозольными частицами; резонансное и комбинационное рассеяние молекулами газов и частицами аэрозолей; искажение оптических сигналов турбулентностью атмосферы; флуоресценция. Регистрируя эхосигналы и расшифровывая произошедшие при взаимодействии со средой изменения характеристик излучения, можно получить информацию практически о любых параметрах атмосферы [1-6,]. В настоящее время разработаны методы (техники) определения таких параметров атмосферы как температура, давление, плотность воздуха, а так же профилей концентрации различных газов, отношения рассеяния и многих других. Применимость того или иного спектроскопического эффекта для решения конкретной задачи зависит от многих факторов. Одним из наиболее важных факторов, принимаемых в расчет, является сечение взаимодействия. Резонансное поглощение молекулами газов обладает наибольшим сечением взаимодействия, поэтому методы лидарного зондирования, основанные на этом явлении, обладают наибольшей чувствительностью. Далее мы сосредоточим внимание на вопросах, связанных с определением газового состава атмосферы с помощью именно таких методов, обычно классифицируемых по количеству используемых для зондирования длин волн: одноволновые [], двухволновые [], многоволновые. В рамках данной работы рассматривается двухволновая техника лидарного зондирования, обычно упоминаемая в специальной литературе как метод дифференциального поглощения. Концентрация исследуемого газа в методе дифференциального поглощения (МДГ1) находится из отношения сигналов, полученных на двух длинах волн. Оп. Схема эксперимента изображена на рис. Впервые данный метод был предложен Счетландом, который применил МДП для зондирования водяного пара[]. К настоящему времени МДП применяется для зонирования многих газовых компонент атмосферы[4]: , Н, N, 2, N0 и др. Определение концентрации газа из лидарных сигналов основано на уравнении лазерной локации. Вц,уХг) ' атмосферный коэффициент рассеяния назад, т. Рис.