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 исследований в 2019 году

  1. Создан алгоритм восстановления коэффициентов отражения земной поверхности из данных спутникового дистанционного зондирования земной поверхности, учитывающего поляризацию оптического излучения в видимом и ближнем ИК диапазоне длин волн. Показано, что неучет этого фактора может приводить к отрицательным значениям зондируемых коэффициентов.
  2. На основе обращения спектральных измерений коэффициентов аэрозольного ослабления света на горизонтальной трассе, выполненных в районе Томска в течение 2003-2006 г., получены временные ряды микроструктурных параметров приземного аэрозоля. Проведен статистический анализ изменчивости распределений геометрического сечения, объемной концентрации и среднего радиуса аэрозольных частиц. Широкий диапазон изменчивости микроструктурных параметров аэрозоля свидетельствует об ограниченных возможностях эффективного использования какой-либо фиксированной модели аэрозоля при решении конкретных атмосферно-оптических задач.
  3. Экспериментально подтверждена возможность создания функционирующих оптико-электронных систем бистатической подводной связи на рассеянном лазерном излучении в видимом диапазоне длин волн в озерной воде при базовых расстояниях между источником и приемником до 40 м.
  4. Получены патенты на полезные модели, связанные с созданием оптико-электронных систем измерения коэффициентов ослабления водных сред в полевых условиях в реальном масштабе времени и с наблюдением объектов, экранированных рассеивающими средами в любое время суток.

Основные результаты исследований в 2020 году

  1. Разработаны программные средства атмосферной коррекции в видимом и ближнем ИК-диапазоне для произвольных оптико-геометрических ситуаций и подстилающих поверхностей. Программные средства применены для тематической обработки изображений приборов на спутниках  Terra и   Aqua (США) и  отечественных спутников Ресурс-П и Метеор-М.
  2. 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. Впервые установлено, что изменчивость эффективной высоты аэрозольного слоя  в дневном цикле качественно и количественно отражает поведение высоты слоя перемешивания в конвективных условиях.
  3. 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 в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН. Начаты исследования  влияния на качество оптической связи фоновых лазерных источников.

Публикации ЛРОС в 2019 году

  1.  Белов В.В., Тарасенков М.В., Энгель М.В., Гриднев Ю.В., Зимовая А.В., Познахарев Е.С., Абрамочкин В.Н., Федосов А.В., Кудрявцев А.Н. Атмосферная коррекция спутниковых изображений земной поверхности в оптическом диапазоне длин волн. Оптическая связь на рассеянном излучении // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 09. С. 753-757. Опубликовано: 25.09.2019. DOI: 10.15372/AOO20190907.
  2.  Белов В.В., Абрамочкин В.Н., Кудрявцев А.Н., Тарасенков М.В., Федосов А.В., Познахарев Е.С. Измеритель коэффициента ослабления водной среды в лабораторных и в полевых условиях // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 12. С. 983–985. Опубликовано: 04.12.2019. DOI: 10.15372/AOO20191205.
  3.  Тарасенков М.В., Белов В.В., Познахарев Е.С. Статистическое моделирование характеристик подводной оптической связи на рассеянном излучении // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 04. С. 273–278. Опубликовано: 25.04.2019. DOI: 10.15372/AOO20190403. ПЕРЕВОД: Tarasenkov M.V., Belov V.V. and Poznakharev E.S. Statistical Simulation of the Characteristics of Diffuse Underwater Optical Communication // Atmospheric and Oceanic Optics, 2019, V. 32. No. 4. pp. 387–392. Опубликовано: 27 August 2019. DOI https://doi.org/10.1134/S102485601904016X  
  4. Тарасенков М.В., Зимовая А.В., Белов В.В., Энгель М.В. Восстановление коэффициентов отражения земной поверхности по спутниковым измерениям MODIS с учетом поляризации излучения // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 08. С. 641–649. Опубликовано: 23.08.2019. DOI: 10.15372/AOO20190806.
  5. Веретенников В.В., Меньщикова С.С. Коррекция показателя преломления аэрозоля с использованием регрессионных связей между объемной концентрацией частиц и измерениями аэрозольной оптической толщины // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 10. С. 832–840. Опубликовано: 25.10.2019. DOI: 10.15372/AOO20191005.
  6. Веретенников В.В., Меньщикова С.С., Ужегов В.Н. Изменчивость микроструктуры аэрозоля под влиянием дымов лесных пожаров по данным обращения спектральных характеристик ослабления света в приземном слое и вертикальном столбе атмосферы // Оптика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 11. С. 879–888. DOI: 10.15372/AOO20191101. Опубликовано: 25.11.2019.
  7. Krasnenko N.P., Simakhin V.A., Shamanaeva L.G., and Cherepanov O.S, Robust nonparametric methods of statistical analysis of wind velocity components in acoustic sounding of the lower layer of the atmosphere // Symmetry. 2019. Vol. 11, Issue 8, p. 961-973. DOI: 10.3390/sym11080961.

Публикации ЛРОС в 2020 году

  1.  Belov V.V., Tarasenkov M.V., Engel M.V., Gridnev Yu.V., Zimovaya A.V., Abramochkin V.N., Poznakharev E.S., Fedosov A.V., Kudryavtsev A.N. Atmospheric Correction of Satellite Images of the Earth’s Surface in the Optical Wavelength Range. Optical Communication Based on Scattered Radiation // Atmospheric and Oceanic Optics. 2020. V. 33, No. 1. P. 80–84. https://doi.org/10.1134/S1024856020010054 Published: 16 March 2020.
  2. Tarasenkov M.V., Zimovaya A.V., Belov V.V., Engel M.V. Retrieval of Reflection Coefficients of the Earth’s Surface from MODIS Satellite Measurements Considering Radiation Polarization // Atmospheric and Oceanic Optics. 2020. V.33, No. 2. P.179–187. https://doi.org/10.1134/S1024856020020128 Published: 07 May 2020.
  3. Veretennikov V.V., Men’shchikova S.S., Uzhegov V.N. Variations in Aerosol Microstructure under the Influence of Smokes from Forest Fires according to Inversion of Spectral Extinction Characteristics in the Near-Surface Layer and in Vertical Atmospheric Column // Atmospheric and Oceanic Optics. 2020. V.33, No.2. P.161–171. https://doi.org/10.1134/S1024856020020153 Published: 07 May 2020.
  4. Belov V.V., Juwiler Irit, Blaunstein Nathan, Tarasenkov M.V., Poznakharev E.S. NLOS Communication: Theory and Experiments in the Atmosphere and Underwater // Atmosphere. 2020. V.11. №10. P.1122-1137. https://doi.org/10.3390/atmos11101122. Published: 19 October 2020.  
  5. Tarasenkov M.V., Belov V.V., Engel M.V., Gridnev Y.V., Zimovaya A.V.  Reconstruction of the ground surface reflection coefficients from the data of measurements with the “RESUrs-P” and “Meteor-M” satellites [Восстановление коэффициентов отражения земной поверхности по данным спутников РЕСУРС-П и МЕТЕОР-М] // CEUR Workshop Proceedings. 2019. All-Russian Conference "Spatial Data Processing for Monitoring of Natural and Anthropogenic Processes", SDM 2019; Berdsk; Russian Federation; 26 August 2019 до 30 August 2019. V. 2534, С. 197–203.
  6. Tarasenkov M.V., Belov V.V., Zimovaya A.V., Engel M.V.  Algorithm for reconstruction of the ground surface reflection coefficients from the MODIS data taking into account the inhomogeneity of the ground surface // CEUR Workshop Proceedings. 2019. All-Russian Conference "Spatial Data Processing for Monitoring of Natural and Anthropogenic Processes", SDM 2019; Berdsk; Russian Federation; 26 August 2019 до 30 August 2019. V. 2534, С. 189–196.
  7. Belov V.V., Burkatovskaya Yu.B., Krasnenko N.P., Shamanaeva L.G. Influence of the outer scale of turbulence on acoustic radiation propagation in a moving turbulent atmosphere //Proceedings of SPIE. 2020. V. 11560, 11560 19. doi: 10.1117/12.2575041. Опубликовано: 12 November 2020. https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/11560.toc
  8. Belov V.V., Tarasenkov M.V., Abramochkin V.N., Fedosov A.V., Kudryavtsev A.N., Poznakharev E.S. Theoretical and experimental investigations of communication systems in Russia (Invited Paper)// Proceedings of SPIE. 2020. V. 11560, 11560 0J. doi: 10.1117/12.2575011. Опубликовано: 12 November 2020. https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/11560.toc.
  9. Simakhin V.A., Shamanaeva L.G. Semiparametric maximum likelihood estimates in problems of processing data of minisodar measurements in the ABL // Proceedings of SPIE. 2020. V. 11560, 11560 5W. doi: 10.1117/12.2574403. Опубликовано: 12 November 2020. https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/11560.toc
  10. Tarasenkov M.V., Belov V.V., Poznaharev E.S. Characteristics of atmospheric and underwater optical communication channels on scattered radiation // Proceedings of SPIE. 2020. V. 11560, 11560 10. doi: 10.1117/12.2574933. Опубликовано: 12 November 2020. https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/11560.toc
  11. Tarasenkov M.V., Zimovaya A.V., Belov V.V., Engel M.V.  Reconstruction of the Earth’s surface reflection coefficients from MODIS images taking into account radiation polarization // Proceedings of SPIE. 2020. V. 11560, 11560 1N. doi: 10.1117/12.2575490. Опубликовано: 12 November 2020. https://www.spiedigitallibrary.org/conference-proceedings-of-spie/11560.toc

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
  7. Кабанова Нина Васильевна, ведущий программист, тел: (3822) 491-081, E-mail: vasilina@iao.ru
  8. Казаков Денис Иванович, ведущий электроник
  9. Меньщикова Светлана Сергеевна, нс, тел: (3822) 492-821, E-mail: mss@iao.ru
  10. Протасов Константин Константинович, мнс, тел: (3822) 491-081
  11. Протасова Валентина Петровна, инженер, тел: (3822) 491-081, E-mail: pvp@iao.ru
  12. Тарасенков Михаил Викторович, снс, к.ф.-м.н., тел: (3822) 491-081, E-mail: tmv@iao.ru
  13. Федосов Андрей Васильевич, техник
  14. Шаманаева Людмила Григорьевна, снс, к.ф.-м.н., E-mail: sima@iao.ru
  15. Энгель Марина Владимировна, нс, к.т.н., тел: (3822) 491-081, E-mail: angel@iao.ru