Автореферат (Методы обработки сигналов в лидарных системах при исследовании газодымовых выбросов в зонах кризисных и чрезвычайных ситуаций), страница 3

Поиск точки перехода Nпер между двумя методами расчёта производится последовательным способом. После нахождения Nпер сигнал разбивается на два участка, на каждом из них выполняется расчёт согласно (2).При восстановлении профиля относительной объёмной концентрациигазов внутрипериодная обработка производится как над входными сигналамина длинах волн λON и λOFF, так и над отношением этих сигналов для каждойпары излучаемых импульсов. Усреднение также производится не для входных пар, а для их отношений. Такая реализация даёт дополнительное увеличение отношения сигнал/шум перед расчётом согласно (3).В пятой главе приведена информация об экспериментальных исследованиях, в рамках которых проводилось компьютерное моделирование с целью оценки погрешности восстановления при обработке ЛС с использованием разработанных в главе 4 методов и обработка ЛС, полученных в реальнойаппаратуре.Экспериментальные исследования проводились для программного модуля ASDM_LIDAR_DSP, разработанного в рамках работы над диссертацией, и для штатной программы обработки ЛС ECOPIIK, имеющейся в аппаратуре системы «АСДМ-Лидар», где были внедрены результаты исследований.Программа ECOPIIK использует усреднение ЛС по количеству излучённыхимпульсов лазера и автоматически оценивает отношение сигнал/шум по результату усреднения и прекращает расчёт в случае его низкого значения.

Прирасчёте по методу ДПР дополнительно используется фильтрация усреднённого сигнала с помощью ФСС.Моделирование проводилось отдельно для дымового шлейфа (содержит только аэрозоль) и для выброса хлора, не содержащего какие-либо другие компоненты. Параметры моделирования аэрозольного шлейфа таковы:αmax = 2,5 км-1, αатм = 0,5 км-1, Cmax = Cатм = 0, R0 = 500 м. Для выброса Cl2αmax = 0, αатм = 0,5 км-1, Cmax = 104 млрд-1, Cатм = 20, R0 = 700 м.

Общие параметры для обоих случаев: RD = 50 м, KАПП = 3,3∙1013, FД = 50 МГц, Nb = 15 бит,UVDD = 2 В. Количество итераций (Nизм) составило 100, как и количество имитируемых импульсов лазера (Nсиг). Число точек в каждой выборке незашумлённого ЛС и шума (Npts) принималось равным 512. Моделирование проводилось для трёх различных значений отношений сигнал/шум. При восстановлении профиля коэффициента ослабления аэрозоля отношение сигнал/шумсоставляло 15, 12,5 и 10 дБ, а при моделировании процесса восстановленияпрофиля относительной объёмной концентрации газов – 20, 17,5 и 15 дБ. Порядок моделирования при восстановлении коэффициента ослабления аэрозоля и относительной объёмной концентрации Cl2 идентичен.

На рис. 3 показана блок-схема процесса моделирования.12X(Ri )Рисунок 3. Блок-схема компьютерного моделирования для оценки погрешности восстановления профилей коэффициента ослабления аэрозоля и относительной объёмной концентрации Cl2В процессе моделирования в каждой точке профиля измеряемой величины рассчитывались следующие величины:1. Среднее значение погрешности восстановления по NизмN ИЗМ 1x ( Ri ) xk ( Ri )k 0 x( R)  ( R ) | C ( R)N изм2. Прогрессирующая составляющая погрешности восстановленияx( Ri )  x( Ri ) ПРОГР ( Ri )  100%, x( R)   ( R ) | C ( R)x( Ri )3. Случайная составляющая погрешности восстановления по NизмN ИЗМ 1СЛУЧ ( Ri ) k 0(6)(7)2 xk ( Ri )  x( Ri ) x( Ri )  100%, x( R)   ( R ) | C ( R)N изм(8)13В выражениях (6) – (8) i принимает значения от 0 до количества точек в выборке Npts, xk (Ri) – оценка, а x(Ri) – истинное значение профиля измеряемойвеличины, в точке с расстоянием Ri = с∙TД∙i.Рассчитываемые согласно (6) – (8) величины при восстановлении профиля коэффициента ослабления аэрозоля приведены на рис.

4 – 6, а при восстановлении относительной объёмной концентрации Cl2 − на рис. 7 – 9.а)б)Рисунок 4. Средние значения восстановленных профилей коэффициента ослабления аэрозоля по расстоянию при различных значениях отношения сигнал/шум для программы ASDM_LIDAR_DSP (а) и ECOPIIK (б).а)б)Рисунок 5. Систематическая ошибка восстановления профиля коэффициентаослабления аэрозоля по расстоянию при различных значениях отношениясигнал/шум для программы ASDM_LIDAR_DSP (а) и ECOPIIK (б).а)б)Рисунок 6. Случайная ошибка восстановления профиля коэффициента ослабления аэрозоля по расстоянию при различных значениях отношения сигнал/шум для программы ASDM_LIDAR_DSP (а) и ECOPIIK (б).14а)б)Рисунок 7. Средние значения восстановленных профилей относительнойобъёмной концентрации Cl2 по расстоянию при различных значениях отношения сигнал/шум для программы ASDM_LIDAR_DSP (а) и ECOPIIK (б).а)б)Рисунок 8. Систематическая ошибка восстановления профиля относительнойобъёмной концентрации Cl2 по расстоянию при различных значениях отношения сигнал/шум для программы ASDM_LIDAR_DSP (а) и ECOPIIK (б).а)б)Рисунок 9.

Случайная ошибка восстановления профиля относительной объёмной концентрации Cl2 по расстоянию при различных значениях отношениясигнал/шум для программы ASDM_LIDAR_DSP (а) и ECOPIIK (б).Из анализа рис. 5 и 6 можно сделать вывод о том, что при всех заданных значениях отношения сигнал/шум прогрессирующая составляющая погрешности восстановления для обеих программ почти одинакова, а случайнаясоставляющая для ASDM_LIDAR_DSP примерно в 2 раза меньше.

Из рис. 815и 9 следует, что при измерениях относительной объёмной концентрации газов и прогрессирующая, и случайная составляющие погрешности восстановления для ASDM_LIDAR_DSP примерно в 2 раза меньше, чем для ECOPIIK.Результаты экспериментальных измерений профиля коэффициента ослабления аэрозоля, отображённые на карте г. Москвы в виде панорамы помножеству азимутальных направлений, показаны на рис. 10. В приведённойпанораме шаг по азимуту составляет 1˚, максимальная дальность, на которойпроводились измерения – 10 км, число направлений – 279.Рисунок 10. Результаты измерений профиля коэффициента ослабления аэрозоля аппаратурой лидарного стационарного поста СП-1 1 декабря 2011 г.На рис.

10 отчётливо заметны участки с повышенным коэффициентомослабления, что свидетельствует о дымовом загрязнении. Эти участки располагаются вблизи крупных транспортных магистралей, а также в районе Южного речного вокзала и Нагатинского затона, где сосредоточены крупныетранспортные и промышленные предприятия. Это позволяет сделать вывод отом, что приведённая панорама достоверно отражает информацию о состоянии воздуха, а лидарные измерения, проводимые с помощьюASDM_LIDAR_DSP, могут с достаточной для работы экстренных службточностью и достоверностью локализовать место ЧС и отслеживать динамику её развития.16В заключении обобщены научные и практические результаты проведённых исследований.В приложениях А и Б приводятся результаты компьютерного моделирования и обработки лидарных сигналов, полученных при измерениях с помощью аппаратуры «АСДМ-Лидар», а также данные о метеоусловиях во время проведения измерений.Основные научные результаты:1. Предложена модификация метода интегрального накопления для расчёта коэффициента ослабления аэрозоля, учитывающая особенности работылидарных систем в зонах КС и ЧС и снижающая количество априорной информации, необходимой для расчёта.2.

Предложен метод обработки ЛС, применяемый при измерении профиля коэффициента ослабления аэрозоля по расстоянию модифицированнымметодом интегрального накопления и основанный на использовании фильтрации промежуточных результатов вычислений.3. Предложен метод обработки ЛС, применяемый при измерении профиля относительной объёмной концентрации АХОВ по расстоянию методомдифференциального поглощения и основанный на использовании фильтрации промежуточных результатов вычислений.4. Предложена модель ЛС, позволяющая проводить исследования поприменению различных способов фильтрации сигналов в лидарных системах, работающих в зонах КС и ЧС.Публикации автора по теме диссертацииСтатьи в журналах, входящих в Перечень ВАК1.

Лысов П.И. Спектральный анализ отраженных сигналов при лидарнойлокации аэрозольного образования в атмосфере / Грязных И.В., Лысов П.И. //Наукоемкие технологии, №4. – М: Радиотехника. – 2011. – с. 44-53.2. Лысов П.И. Выделение информации в процессе обработки сигналов,получаемых при лидарной локации аэрозольных образований в атмосфере /Грязных И.В., Лысов П.И. // Наукоемкие технологии, №5.

– М: Радиотехника. –2011. – с. 58-68.3. Лысов П.И. Алгоритм и программа обработки лидарного сигнала повычислению профиля коэффициента ослабления аэрозольных образований ватмосфере / Грязных И.В., Лысов П.И., Николаев А.Н. // Электромагнитныеволны и электронные системы, №2. – М: Радиотехника. – 2014. – с. 4-11.Статьи в сборниках трудов научно-технических конференций1.