Лаборатория распространения оптических сигналов

Руководитель - д.ф.-м.н. Белов Владимир Васильевич


 

Область исследований

  • Процессы формирования и переноса оптических сигналов и изображений в многокомпонентных стратифицированных неоднородных рассеивающих и поглощающих средах (безоблачная атмосфера, слоистая и разорванная облачность).
  • Теория, методы, программно-информационные средства интерпретации искаженных рассеивающими и поглощающими средами оптических изображений и сигналов в системах видения, локации, зондирования и связи.
  • Исследование процесса переноса акустического излучения в турбулентной атмосфере.

Теоретические и экспериментальные исследования процессов формирования и переноса оптических сигналов и изображений через атмосферу важны для оценки дальнодействия существующих и разрабатываемых оптико-электронных систем различного назначения и базирования (на земной поверхности, в атмосфере или вне ее).

Актуальность и интенсивность исследований в области спутникового и наземного мониторинга атмосферы и гидросферы в мире возрастают и стимулируются происходящими изменениями климата на планете. Без знания процессов, происходящих в системе «атмосфера – земная поверхность», невозможно осуществить реалистичный прогноз этих изменений и найти возможные средства снижения их негативных последствий.

Набор основных ключевых слов в публикуемых сотрудниками лаборатории статьях:
прямые и обратные задачи в теории переноса оптического и акустического излучения, метод Монте-Карло, малоугловое приближение в теории переноса излучения, стохастическая облачность, поляризация, рефракция, оптико-электронная связь, лабораторные и полевые эксперименты..

Основные результаты, полученные в лаборатории за последние годы

  1. Впервые экспериментально подтвержден теоретический вывод о возможности использования рассеянного лазерного излучения в схемах мульти адресной бистатической оптико-электронной связи для передачи и приема (перехвата) информационных потоков не только по атмосферным, но водным и смешанным средам (через поверхность их разделяющую).
  2. Предложена, обоснована новая модификация алгоритма двойной локальной оценки метода Монте-Карло для моделирования импульсных реакций бистатических коммуникационных каналов в рассеивающих и поглощающих средах.
  3. Осуществлен  учет влияния стохастических полей облачности на изображения земной поверхности, наблюдаемой через безоблачные просветы. Разработаны алгоритмы моделирования методом Монте-Карло процесса  формирования изображений в этих оптико-геометрических условиях.
  4. С помощью статистических численных экспериментов методом Монте-Карло выяснены условия, при которых необходим учет влияния поляризации для корректного восстановления  характеристик земной поверхности при интерпретации данных ДЗЗ.
  5. Решена обратная задача для спектральных измерений аэрозольного коэффициента ослабления в приземном слое атмосферы. Получены новые данные об изменчивости микроструктурных параметров аэрозоля таких как объемная концентрация, геометрическое сечение и средний радиус аэрозольных частиц с разделением на субмикронную и грубодисперсную фракции.
  6. Установлено, что при восстановлении коэффициентов отражения слабо отражающих областей земной поверхности по данным пассивного спутникового зондирования в диапазоне длин волн 0,412-0,860 мкм неучет поляризации может приводить к отрицательным их значениям.
  7. Впервые предложен и успешно реализован новый метод исследования пространственно-временной динамУстановлено, что при восстановлении коэффициентов отражения слабо отражающих областей земной поверхности по данным пассивного спутникового зондирования в диапазоне длин волн 0,412-0,860 мкм неучет поляризации может приводить к отрицательным их значениям. ики вектора плотности потока кинетической энергии ветра – вектора Умова. Пространственно-временная динамика вектора Умова может использоваться для определения периодов времени и высотных диапазонов его максимальных и минимальных значений и преобладающих направлений полной кинетической энергии, что важно для обнаружения времени и высоты, наиболее и наименее благоприятных для полетов легких беспилотных летательных аппаратов, для оценки влияния ветра на высотные здания, и для оценки потенциала проектируемых ветроэнергетических установок.
  8. Обобщено понятие эффективной высоты аэрозольного слоя как отношения интегральных микроструктурных характеристик, таких как суммарное геометрическое сечение и объемная концентрация частиц субмикронной и грубодисперсной фракций во всей толще и приземном слое атмосферы.
  9. Выполнены эксперименты по бистатической связи под водой и через лед для компланарных и некомпланарных схем ее организации. Эксперименты проведены в полевых условиях. Установлены эмпирические зависимости влияния некомпланарности схем бистатической связи на уровень ошибок связи и их СКО. Впервые в России осуществлены лабораторные эксперименты по связи на рассеянном лазерном излучении. Эксперименты проведены  в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН.
  10. Впервые проанализирована суточная почасовая динамика полной кинетической энергии ветра в атмосферном пограничном слое, включая компоненту средней кинетической энергии и отношение турбулентной и средней ее компонент по результатам пост детекторной обработки длинных непрерывных временных рядов вертикальных профилей средних значений и дисперсий вектора скорости ветра, измеренных минисодаром. Обнаружены слои интенсивной турбулентности и оценено ветровое воздействие на ветроэнергетические установки, высотные здания, мосты, и легкие беспилотные летательные аппараты.

Информационные ресурсы

https://cosmo.iao.ru/ru - Ежедневные данные спутникового зондирования территории от Гималаев до Северного полюса, от Урала и до Байкала, и атмосферы над ней. Есть возможность работы с архивом космических снимков.

Основные публикации ЛРОС 2021 года

  1.  Потекаев А.И., Шаманаева Л.Г., Кулагина В.В. Суточная динамика кинетической энергии в атмосферном пограничном слое по результатам минисодарных измерений// Изв. вузов. Физика. 2021. Т. 64, № 8. С. 16–24. DOI: 10.17223/002113411/64/8/16. http://journals.tsu.ru/physics/&journal_page=archive&id=2138&article_id=47910
  2.  Симахин В.А., Шаманаева Л.Г., Авдюшина А.Е. Робастные семипараметрические и семинепараметрические оценки для неоднородных экспериментальных данных // Изв. вузов. Физика. 2021. Т. 64, № 2. С. 149–158. DOI: 10.17223/002113411/64/2/149. http://journals.tsu.ru/physics/&journal_page=archive&id=2088&article_id=46872
  3.  Симахин В.А., Шаманаева Л.Г., Маер А.В. Робастные параметрические датчики случайных величин // Изв. вузов. Физика. 2021. Т. 64, № 6. С. 145–156. DOI: 10.17223/002113411/64/6/145. http://journals.tsu.ru/physics/&journal_page=archive&id=2120&article_id=47521
  4. Тарасенков М.В., Зонов М.Н., Энгель М.В., Белов В.В. Оценка влияния разорванной облачности на восстановление коэффициентов отражения безоблачных участков земной поверхности по снимкам прибора MODIS // Метеорология и гидрология, 2021. №11. С. 39-49. DOI: 10.52002/0130-2906-2021-11-36-46 http://mig-journal.ru/archive?id=5613
  5. Тарасенков М. В., Зонов М. Н., Белов В. В., Энгель М. В. Пассивное спутниковое зондирование земной поверхности в просветы облачных полей. // Оптика атмосферы и океана. 2021. Т. 34. № 08. С. 621–628. DOI: 10.15372/AOO20210808. http://ao.iao.ru/ru/content/vol.34-2021/iss.08/8
  6. Potekaev A.I., Shamanaeva, L.G., Kulagina, V. Spatiotemporal dynamics of the kinetic energy in the atmospheric boundary layer from minisodar measurements. // Atmosphere, 2021. 12(4). No 421. ISSN 2073-4433. DOI:10.3390/atmos12040421.  https://www.mdpi.com/2073-4433/12/4/421/pdf
  7. Potekaev A.I., Krasnenko N.P., Shamanaeva L.G. Diurnal dynamics of the umov kinetic energy density vector in the atmospheric boundary layer from minisodar measurements // Atmosphere, 2021, 12 (10), No 1347, ISSN 2073-4433. DOI 10.3390/atmos12101347. https://www.mdpi.com/2073-4433/12/10/1347/pdf
  8. Simakhin V.A., Shamanaeva L.G., Avdyushina A.E. Robust parametric estimates of heterogeneous experimental data. // Russian Physics Journal, 2021. 63(9), pp. 1510-1518. DOI:10.1007/s11182-021-02199-4. https://link.springer.com/content/pdf/10.1007/s11182-021-02199-4.pdf
  9. Tarasenkov M.V., Zonov M.N., Engel M.V., Belov V.V. A Method for Estimating the Cloud Adjacency Effect on the Ground Surface Reflectance Reconstruction from Passive Satellite Observations through Gaps in Cloud Fields. //Atmosphere, 2021, 12, No 1512. DOI:10.3390/atmos12111512. https://www.mdpi.com/2073-4433/12/11/1512
  10. Tarasenkov M.V., Belov V.V. and Poznakharev E.S. Estimation of optimal wavelengths for atmospheric non-line-of-sight optical communication in the UV range of the spectrum in daytime and at night for baseline distances from 50 m to 50 km //Journal of the Optical Society of America A, 2022, Vol. 39, Issue 2, pp. 177-188.  DOI:10.1364/JOSAA.440875. https://www.osapublishing.org/josaa/abstract.cfm?uri=josaa-39-2-177#articleBody
  11. Tarasenkov M.V., Zonov M.N., Belov V.V., Engel M.V. Passive Satellite Sensing of the Earth’s Surface through Breaks in Cloud Fields // Atmospheric and Oceanic Optics, 2021, Vol. 34, No. 6, pp. 705–713. DOI: 10.1134/S102485602106024. https://www.sibran.ru/en/journals/issue.php?ID=181482&ARTICLE_ID=181490

Сотрудники

  1. Белов Владимир Васильевич, гнс, д.ф.-м.н., тел: (3822) 492-237, E-mail: belov@iao.ru
  2. Богданова Александра Сергеевна, ведущий программист, E-mail: als@iao.ru
  3. Веретенников Виктор Васильевич, гнс, д.ф.-м.н., E-mail: vvv@iao.ru
  4. Гриднев Юрий Владимирович, нс, E-mail: yuri@iao.ru
  5. Зимовая Анна Викторовна, мнс, E-mail: avk@iao.ru
  6. Зонов Матвей Никитович, инженер, тел: (3822) 491-111 + 13-09, E-mail: zmn@iao.ru
  7. Кабанова Нина Васильевна, ведущий программист, E-mail: vasilina@iao.ru
  8. Меньщикова Светлана Сергеевна, нс, E-mail: mss@iao.ru
  9. Протасов Константин Константинович, мнс
  10. Протасова Валентина Петровна, инженер, E-mail: pvp@iao.ru
  11. Тарасенков Михаил Викторович, снс, к.ф.-м.н., E-mail: tmv@iao.ru
  12. Федосов Андрей Васильевич, техник
  13. Шаманаева Людмила Григорьевна, снс, к.ф.-м.н., E-mail: sima@iao.ru
  14. Энгель Марина Владимировна, нс, к.т.н., E-mail: angel@iao.ru