Информация о ходе выполнения проекта №14.613.21.0003

Развитие методов и средств дистанционного лазерного зондирования атмосферы для создания систем мониторинга с участием научно-исследовательских организаций СНГ

В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении субсидии от 22 августа 2014 г. № 14.613.21.0003 с Минобрнауки России в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» на этапе № 2 в период с 01.01.2015 г. по 30.06.2015 г. выполнялись следующие работы:
  1. Разработка методики лидарного зондирования атмосферных аэрозолей по данным несмещенного и комбинационного рассеяния лазерного излучения.
  2. Разработка методики поляризационного лазерного зондирования кристаллических облаков.
  3. Разработка методики для дистанционного определения вертикального распределения температуры на основе СКР.
  4. Теоретические исследования по восстановлению параметров микроструктуры аэрозольных полей из данных многоволнового лазерного зондирования.
  5. Теоретические исследования поляризационного лазерного зондирования кристаллических облаков при восстановлении параметров ориентации и размеров кристаллов.
  6. Теоретические исследования спектрального поведения оптических коэффициентов и микрофизические характеристики аэрозольных частиц.
  7. Проведение дополнительных патентных исследований.
  8. Подготовка публикаций по теме ПНИ
  9. Подготовка заявок на патентование.
  10. Участие в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных результатов ПНИ.
  11. Проведение теоретических исследований по моделированию лидарно-фотометрических измерений структуры аэрозольных полей атмосферы.
  12. Разработка регуляризирующего алгоритма и программного пакета для расчета показателя ослабления и обратного рассеяния аэрозоля по данным рамановского зондирования.
При этом были получены следующие результаты:


Разработана методика лидарного зондирования атмосферных аэрозолей по данным несмещенного и комбинационного рассеяния лазерного излучения.
Для методики проведен анализ возможных погрешностей измерений обусловленных влиянием условий распространения излучения в атмосфере, т.е. пространственно-временных вариаций температуры и плотности атмосферы с целью нахождения путей устранения влияния этих факторов на результаты зондирования, аппаратурными искажениями и способами обработки информации.

Разработана методика поляризационного лазерного зондирования кристаллических облаков.
В методике рассмотрена процедура измерения параметров Стокса рассеянного частицами облака в обратном направлении. Процедура измерения основана на анализе четырех состояний поляризации лазерного излучения и трех сочетаний поляризационных приборов расположенных перед двумя детекторами излучения.

Разработана методика для дистанционного определения вертикального распределения температуры на основе СКР.
В основе методики лежит измерение зависимости интенсивности вращательных спектров комбинационного рассеяния света молекулами атмосферного азота и кислорода от температуры атмосферы. Для реализации методики решена задача выбора линий вращательного спектра комбинационного рассеяния при формировании измерительных каналов в рамках рассматриваемой методики измерений температуры, предложены критерии выбора участков спектра на основе “минимизация погрешности измерений температуры при заданном времени накопления”.

Проведены теоретические исследования по восстановлению параметров микроструктуры аэрозольных полей из данных многоволнового лазерного зондирования. В результате теоретических исследований выявлены особенности совместного определения показателя преломления и характеристик функции распределения. Показано, что некорректность определения составляющих показателя преломления связана с поглощением света. С ростом значений мнимой части показателя преломления погрешность оценки реальной части увеличивается. Проведены теоретические исследования поляризационного лазерного зондирования кристаллических облаков при восстановлении параметров ориентации и размеров кристаллов. Теоретические исследования заключались в проведении сравнительного анализа двух методик лазерного зондирования для определения матриц обратного рассеяния света кристаллических облаков. Анализ показал, что использование методики, при которой регистрация сигналов ведется одним детектором, может быть успешной и дать приемлемую точность только при условии, что облачное поле в среднем однородно и его мощность существенно не меняется со временем. Методика не приемлема, в случае если имеется постоянный тренд плотности облаков. Поэтому рекомендована методика с использованием ряда фотодетекторов, позволяющих одновременно регистрировать параметры лидарных поляризационных сигналов.

Проведены теоретические исследования спектрального поведения оптических коэффициентов и микрофизические характеристики аэрозольных частиц. В теоретических исследованиях рассмотрены закономерности изменения спектрального поведения коэффициентов ослабления и обратного рассеяния и лидарного отношения (с одной стороны) и микрофизических характеристик аэрозольных частиц, описываемых комплексным показателем преломления и функцией распределения частиц по размерам (с другой стороны). На основе расчетов по теории Ми для моно- и бимодального распределений показано, что параметры Ангстрема для коэффициента ослабления информативны относительно вклада в объемную концентрацию мелких частиц и слабо зависят от среднегеометрического радиуса мелких частиц.
Выполнены патентные исследования в соответствие с заданием на их проведение и регламента патентного поиска. Патентные исследования были проведены на патентную чистоту объекта техники по описаниям к свидетельствам, заявкам и патентам. Поиск проводился на глубину не менее 20 лет с 1994 г. по 2014 г., в соответствии с ГК РФ. При проведении патентных исследований были выявлены аналоги анализируемых технических решений, определены их недостатки и пути их решения.

В части участия в мероприятиях, направленных на освещение и популяризацию промежуточных результатов ПНИ, Институт оптики атмосферы им. В.Е.Зуева СО РАН принял участие в работе III Международного форума технологического развития «ТЕХНОПРОМ-2015» в МВК «Новосибирск Экспоцентр» 4-5 июня 2015 года, г.Новосибирск.
Рекомендации по конкретному использованию результатов этапа ПНИ – при разработке экспериментальных образцов: СКР-лидара для дистанционного определения вертикального распределения температуры; аэрозольно-рамановского поляризационного лидара.

В соответствии с календарным планом и техническим заданием все поставленные задачи выполнены полностью.