Уравнение лазерного зондирования

Его по аналогии с уравнением лазерного зондирования (локации) можно назвать уравнением пассивного зондирования (локации) [c.155]

Предположим, что на некоторой рабочей длине волны Xj (в принципе их может быть и несколько) имеет место сильное поглощение излучения одной из многих газовых составляющих молекулярной атмосферы, и ее концентрация вдоль трассы зондирования характеризуется плотностью рДг). В соответствии с этим в уравнение лазерного зондирования (см. (2.1)) необходимо ввести дополнительный экспоненциальный множитель, и оно примет вид [c.260]

Уравнение лазерного зондирования [c.41]

Рассмотрим предварительно вопрос о нелинейных поправках в уравнении лазерной локации для традиционных схем аэрозольного зондирования. [c.189]

Основное внимание в главе уделяется итерационным схемам решения систем локационных уравнений. Обсуждаются условия их сходимости и показано, что в ряде случаев ее нарушение может быть связано с несоответствием априорных допущений условиям реального эксперимента. С учетом практических приложений подробно изложена простейшая параметрическая методика интерпретации данных двухчастотного лазерного зондирования аэрозолей. [c.88]

Первое уравнение наглядно иллюстрирует то обстоятельство, что метод многочастотного лазерного зондирования является оптическим методом непосредственного (прямого) измерения спектрального хода Рл( ) для локального объема дисперсной среды, находящегося на расстоянии г от приемной аппаратуры. Для определения спектра размеров частиц остается лишь обратить вектор [c.95]

В рассмотренной схеме интерпретации данных двухчастотного лазерного зондирования у нас появляется возможность косвенного контроля применимости рабочей модели ф(г, г ) для обработки экспериментальных данных. Следует особо подчеркнуть, что эта особенность вообще присуща итерационным схемам обращения. ВО многих случаях скорость сходимости последовательности приближенных решений является, по крайней мере, качественным показателем соответствия решаемых функциональных уравнений реальным зависимостям величин в экспериментах. Подобные примеры будут приводиться ниже. Что же касается рассматриваемого [c.102]

В нашем случае информация о пространственно-временной изменчивости концентрации аэрозолей по спектру возможных размеров в пределах любого локального объема атмосферы поступает из обращения данных многочастотного лазерного зондирования, поэтому уравнение диффузии аэрозолей нас может интересовать лишь с точки зрения получения информации о коэффициентах турбулентности. Это приводит нас к обратным задачам теории [c.107]

Итерационная схема (2.64) просто обобщается на случай многочастотного лазерного зондирования исследуемого аэрозольного слоя. Для этого в нее вводится двухмерный массив Xij = T(Ai, гу), /=1,. .., п /=1, и последовательно для каждого j решается система п уравнений в полном соответствии с рассмотренными ранее итерационными схемами (2.17) и (2.18). Определенность этих систем обеспечивается оператором [c.143]

Иными словами, речь идет о прямом методе определения т(г). В этом смысле метод лазерного зондирования можно рассматривать как прямой (непосредственный) метод определения оптических характеристик светорассеяния локальными объемами атмосферы. Что же касается уравнения (3.15), то в любой ситуации [c.155]

Изучая уравнение (3.24), следует также обратить внимание на то, что оно нелинейное, и поэтому требуется хотя бы краткое -обсуждение проблемы однозначности его решения. Однако указанная нелинейность с аналитической точки зрения достаточно элементарна, и нет особой необходимости в ее анализе. К тому же характер этой нелинейности близок к той, которая присуща уравнению лазерной локации (2.1), записанному в приближении однократного рассеяния. Нелинейность последнего уравнения подробно исследовалась в работе [19]. Следует также иметь в виду, что в пределах настоящей работы уравнение (3.24) связывается главным образом с зондированием рассеивающей компоненты атмосферы в пределах высот 10—50 км. В этом случае величина [т(Я2)—т Н1)] достаточно мала, и следовательно, экспоненциальные члены близки к единице. По этой причине уравнение (3.24) (аналогично и (3.15)) является почти линейным , что существенно упрощает численные обращения соответствующих оптических данных. Соответствующее линейное приближение для дискретного варианта записывается в виде [c.159]

В многочастотных вариантах зондирования указанное разделение осуществляется путем решения линейных систем уравнений типа (3.39). В случае метода лазерного зондирования для этого [c.175]

В более общем случае строится форма Рт(п1) типа (3.48), в которую войдут соответствующие оптические операторы. Следует, однако, иметь в виду, что подобный способ корректировки встречает определенные затруднения. Дело в том, что если рассматривать слой атмосферы от 1 = 10 км до 22=50 км, поскольку к нему прежде всего относятся уравнения переноса вида (3.13), то соответствующие величины А (т) =т(Я1, 22)—т(Я/, Zl) будут чрезвычайно малыми, и замерить их наземными средствами с надлежащей точностью навряд ли удастся. Несколько лучше обстоит дело в случае зондирования нижней стратосферы в условиях повышенной аэрозольной замутненности, что наблюдается, например, при извержении вулканов [32]. Поэтому в целом трудно говорить об эффективности корректировки обращения данных касательного зондирования по спектральным фотометрическим измерениям т(Я). Большей эффективности можно добиться на основе периодических прямых заборов частиц из воздуха и оценки их оптических констант, как это, например, делалось в работе [28] при высотном лазерном зондировании атмосферы. [c.185]

При обработке данных многочастотного зондирования с первого взгляда достаточно трудно отдать предпочтение какому-либо из рассмотренных вариантов корректировки. Однако в простых случаях выбор напрашивается сам собой. Так, например, выражение (3.55) разумно использовать, когда лазерное зондирование осуществляется на одной длине волны, скажем Я, а фотометрические измерения в спектральном интервале Д. В этом случае оценку показателя т(Я ) удобно выполнить путем численного решения нелинейного уравнения вида [c.189]

Если речь идет об интегральном уравнении (3.79), то необходимо прежде всего указать способ достоверного задания его ядра /С(/,/i), определенного в области [L X, где =[0, max] и Н=[Ни Я2]. Как следует из выражения (3.75), для этого требуется априорное задание профилей т(г) и Du (г, О), т. е. знание основных оптических характеристик рассеивающей компоненты атмосферы. Навряд ли это можно осуществить на основе так называемых оптических моделей атмосферы, поэтому единственная приемлемая альтернатива состоит в осуществлении комплекса оптических измерений, который бы обеспечил требуемый для решения поставленной задачи объем исходной оптической информации. Подобный подход вновь приходит к идее оптического мониторинга в том смысле, как он понимался выше. Правда, теперь нас в большей степени должно интересовать сочетание наземного многочастотного лидара и спектрального радиометра на орбитальной станции, поскольку обратная задача (3.79) в большей мере связана с рассеянием солнечной радиации в тропосфере. Разумеется, это не исключает, как и ранее, использования только бортовой аппаратуры, состоящей из лидара и спектрального радиометра. Просто оперативную оценку оптических характеристик тропосферы более надежно можно осуществить системами наземного лазерного зондирования. [c.212]

Высоты, для которых подобное уравнение представляет наибольший интерес, могут быть определены по данным лазерного зондирования, позволяющего с высоким пространственным разрешением устанавливать стратификацию атмосферных аэрозолей. Поскольку со )(г) определяется т (г), то (3.88) связывает профили т г) и бГ(г). Без соответствующего расчетного анализа трудно сказать, в какой мере уравнение (3.88) может быть эффективным для определения профиля т г) по данным совместного термического (радиозонды) и оптического зондирования. Существующие вычислительные схемы для расчета потоков строятся на основе численного решения уравнений переноса в сферической атмосфере и достаточно сложны, чтобы их можно было непосредственно использовать в схемах обращения оптических данных. В этом направлении необходимы соответствующие целенаправленные исследования по созданию эффективных алгоритмов оперативной оценки потоков рассеянной солнечной радиации в атмосфере, когда оптические характеристики последней определяют методами оптического зондирования. [c.216]

Ни о каком определении профиля р(г) по одному измерению не может быть и речи. Определение профиля концентрации поглощающей компоненты в этом методе может быть осуществлено лишь при наличии нескольких спектральных измерений. Подобное сопоставление еще раз подчеркивает достоинства метода лазерного зондирования как дистанционного метода локального исследования атмосферы на основе явления рассеяния. Кстати, рассеивающая компонента представлена профилем Р (г) и неявно входит в правую часть уравнения (4.53). [c.261]

Глава 7. УРАВНЕНИЯ ЛАЗЕРНОГО ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ [c.269]

Уравнения лазерного дистанционного зондирования 271 [c.271]

Уравнения лазерного дистанционного зондирования 273 [c.273]

Уравнения лазерного дистанционного зондирования 275 [c.275]

Рнс. 6.1. В 1сотный ход параметра нелинейности R уравнении лазерного зондирования влажной (У, 2) и сухой (1 2 ) однородной дымки (л=10,6 мкм, = с) при разных /. [c.191]

Глава 6 посвящена прикладным вопросам использования нелинейных и когерентных оптических эффектов в качестве физической основы новых методов лазерного зондирования и повышения эффективности лазерно-навигационных систем. Приведены результаты исследований границ применимости уравнений локации, а также закономерностей нелинейных искажений эхо-сигналов в традиционных схемах зондирования с лазерными источниками повышенной MOuj,HO TH. Изложены результаты разработки нового типа лидаров для дистанционного экспресс-анализа атмосферы методами когерентной и нелинейной оптики. [c.6]

Формально уравнения (2.15) и (2.4) эквивалентны друг другу, однако их информационные возможности несколько различны и зависят от таких факторов, как ошибки априорного задания показателя преломления аэрозольного веш,ества, измерительных ошибок и оптической толш,ины т зондируемого слоя (Zi, Z2). Соответ-ствуюш,ие вопросы подробно изложены в монографии [21]. Уравнения (2.15) предпочтительно использовать в тех случаях, когда требуется определить прежде всего высотный ход аэрозольного коэффициента ослабления по данным многочастотного лазерного зондирования. [c.92]

Выше был дан самый общий анализ исходных систем функциональных уравнений метода многочастотного лазерного зондирования полидисперсных систем и указаны подходы к построению вычислительных схем обращения локационных данных. Однако разработка программных систем автоматизированной обработки данных для конкретных измерительных комплексов требует более тщательной алгоритмической проработки. В пределах данного параграфа будут изложены основные результаты, полученные авторами в этом направлении, и даны соответствующие рекомендации по их практическому применению в практике атмосфернооптических исследований. [c.123]

Учитывая нерегулярный ход высотного распределения аэрозолей в атмосфере, всем интегральным уравнениям теории зондирования придана форма интегралов Стилтьеса. В главе подробно излагаются численные методы для одночастотного варианта касательного зондирования в силу близости обращаемого интегрального уравнения обратным задачам рефракции и атмосферной топографии. Решение систем функциональных уравнений метода многочастотного касательного зондирования по аналогии с методом лазерного зондирования строится на основе итерационных вычислительных схем, содержащих матричные аналоги оптических операторов перехода. В целях раздельного определения характеристик рассеяния молекулярной и аэрозольной компонент [c.148]

Для упрощения записи мы опустили переменную X и параметр ф. Полученное интегральное уравнение является уравнением Вольтерра первого рода относительно оптической толщи т(г), и этим оно существенно отличается от уравнения (2.42) в методе лазерного зондирования рассеивающей компоненты атмосферы. Теперь для получения профиля x z) нам необходимо использовать регуляризирующие методики, если говорить о чисто вычислительных аспектах задачи. Вместе с тем следует иметь в виду, что решение интегральных уравнений второго рода относится к классу вполне обусловленных математических задач, и поэтому функциональное уравнение (2.42) относительно x z) бесспорно выигрывает во всех отношениях по сравнению с уравнением (3.15). Так, например, при достаточно малых значениях т(г), когда в первом приближении можно считать экспоненциальный член близким к единице, решение уравнения (2.42) сводится к прямому вычислению искомого профиля по измеренному локационному сигналу. [c.154]

Методы численного решения систем типа (3.39) будут подробно нами рассматриваться в п. 4.2, а сейчас лишь напомним, что в основе этой системы лежат предположения о сферичности рассеивающих частиц и априорное задание показателя преломления аэрозольного вещества т = т —т"1 в пределах зондируемого слоя [ЯьЯг]. В силу этого изложенная выше теория многочастотного касательного зондирования приводит к вычислительным схемам обращения оптических данных, применимых при тех же исходных допущениях, что и в методе многочастотного лазерного зондирования. Это обусловлено единством методологического подхода к теории оптического зондирования рассеивающей компоненты атмосферы. Вместе с тем необходимо обратить внимание на то обстоятельство, что требования к выполнению указанных выше допущений существенно различны для указанных двух методов. Действительно, уравнения теории касательного зондирования относительно локальных оптических характеристик светорассеяния являются интегральными, причем первого рода, и поэтому вариации бРех (то же самое бт и б/)ц), обусловленные ошибками Ат в задании подходящих значений т, слабо сказываются на значении интегралов (3.24). В силу этого схемы обращения в методе касательного зондирования более устойчивы к неопределенностям при априорном задании соответствующих оптических операторов в (3.39). В локационных задачах оптические сигналы Р %1,г) прямо пропорциональны значениям аэрозольных коэффициентов обратного рассеяния (Зя(Я/, г), и поэтому вариации бРяг связанные с Дт, непосредственно сказываются на точности интерпретации оптических данных. [c.166]

Экспериментальная оптическая информация, получаемая с помощью лидара, должна обеспечить прогноз профилей х г) и Dll (А, О, г), с тем чтобы обеспечить данными расчет ядра K h, I) уравнения (3.79) с приемлемой точностью. С математической точки зрения подобную задачу можно считать вполне корректной. Действительно, искомое ядро уравнения (3.79) является интегралом от распределений т(г) и Dn(z, О). Поскольку в функциональных уравнениях интегралы выступают в роли операторов сжатия, то случайные компоненты в функциях т(г) и Du (г), обусловленные измерительными шумами, не должны существенно влиять на ядро K hyl). К тому же следует иметь в виду, что если т(г) и Du (г) оцениваются по данным многочастотного лазерного зондирования, то регуляризирующие методики построения преобразований и 3 ->-Dii заведомо подавляют ошибки лидарных измерений. Таким образом, в любой ситуации можно полагать, что вариации бт(/С) и 6d K) функционала /С[т, D] будут меньше вариаций бти 6D, обусловленных ошибками в определении т(г) и Du(z). В этом смысле мы и называли задачу определения ядра K Uh) методом обращения многочастотных лидарных измерений вполне коррект- [c.212]

Напомним, что оператор Dia, который встречался неоднократно выше, является обратным к Gi. Анализ интегрального уравнения (4.66) и обсуждение методов его численного решения выходит за рамки настоящей работы. Можно лишь заметить, что это уравнение типично для обратных задач спектроскопии атмосферных газов, особенно когда для получения исходной оптической информации используется метод лазерного зондирования в их линиях поглощения. Будучи методом дистанционного оптического зонди- [c.269]

Более существенной оказывается временная изменчивость Ря и ан. о вследствие естественных флуктуаций содержания аэрозолей. Счетлэнд определил, что для получения неискаженной информации из данных лазерного зондирования временной интервал между двумя посылками импульсов лазерного излучения со спектральными частотами vo и VI должен быть менее 10 с. В течение этого времени гарантированно сохраняется условие замороженности атмосферы, так как максимальные скорости турбулентного переноса атмосферных составляющих вблизи земной поверхности ограничены 1 кГц. Если же интервал времени между посылками двух зондирующих разноволновых импульсов лазерного излучения в моменты и и превышает 10 с, из системы уравнений (5.10) вытекает соотношение [c.148]

В случае когда имеет. место лазерная флюоресценция, необходимо учитывать конечное время релаксации возбуждаемых лазером частиц. Это приводит к более сложно.му виду лидарного уравнения оно учитывает зависимость оптической толщины от свойств исследуемой среды, времени интегрирования детектора и формы и длительности лазерного импульса. Для случая большой оптической толщины такое лидарное уравнение становится идентичным уравнению лазерной флюорометрии, используемой для зондирования водных сред с борта летательных аппаратов. [c.269]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...