Диссертация (Методы обработки сигналов в лидарных системах при исследовании газодымовых выбросов в зонах кризисных и чрезвычайных ситуаций), страница 19

Использование методов обработки лидарных сигналов, предложенных в данной диссертации, можетуменьшить необходимое число импульсов лазера для усреднения и, таким образом, снизить время обнаружения очага возгорания. Другим преимуществомиспользования представленных в работе методов обработки могло бы бытьувеличение предельной дальности обнаружения при неизменном времени обнаружения и энергии в излучаемом импульсе, что важно с точки зрения санитарных норм по безопасности лазерного излучения для глаз человека.В работе [120] приводятся результаты измерений высотного и горизонтального профилей коэффициента ослабления аэрозоля в атмосфере г.

Пекин.При измерении высотного профиля коэффициента ослабления аэрозоля использовалось усреднение по 600 – 1000 лазерным импульсам. Время одного измерения при этом составляло 7 – 8 минут. Приведённые в [120] результаты измерений свидетельствуют о наличии периодически возникающих аэрозольных загрязнений на высотах порядка 1 км в приземном слое и 6 – 8 км в верхних слоях атмосферы. В приземном слое значение коэффициента ослабления аэрозоля107при наличии загрязнений превышает значение, характерное для городской атмосферы при отсутствии загрязнений, в 10 раз. Для загрязнений, проявляющихся на высотах 6 – 8 км, это значение составляет 5 раз. Также в [120] приводятсярезультаты измерения высотного профиля содержания озона в городской атмосфере и сравнение результатов лидарных измерений с результатами, полученными с помощью метеозонда, базирующегося на воздушном шаре. Отклонениерезультатов лидарных измерений от данных метеозонда не превысило 10%.

Вобсуждаемой работе не приводится каких-либо конкретных данных о среднеквадратическом отклонении представленных в ней результатов измерений. Однако анализ представленных графиков позволяет сделать вывод о том, что длявертикальных профилей коэффициента ослабления аэрозоля размах от минимального до максимального локального выброса составляет от 0,001 до 0,05км-1, что соответствует 20 – 50 процентам в относительных величинах. Для горизонтальных профилей эти величины соответствуют 0,01 – 0,4 км-1 и 2 – 80 %соответственно. В рамках экспериментальных исследований, проведённых приработе над диссертацией, такие величины погрешностей для горизонтальныхпрофилей были получены при числе импульсов лазера, не превышающем 100,что в 6 – 10 раз меньше, чем в обсуждаемой работе.Результаты измерений высотного профиля коэффициента ослабления аэрозоля, выполненных различными лидарными станциями сети EARLINET вовремя извержения вулкана Эйяфьятльлайокудль в Исландии в 2010 г, приведены во многих работах.

Наиболее полно информация об измеренных профиляхдана в [79, 83, 118]. В [79] приводятся предварительные данные о количестве идинамике распространения вулканической пыли над Европой во время извержения. Из приведённой кривой для высотного профиля коэффициента ослабления аэрозоля следует, что среднеквадратическое отклонение составило примерно 10 % для многоволнового (на длинах волн 355, 532 и 1064 нм) зондированияи более 50 % для одноволнового зондирования на длине волны 532 нм.Аналогичные данные для извержения другого вулкана в Исландии –Гримсвётн – в 2011 г, приведены в [20].

Из анализа приведённых графических108данных следует, что среднеквадратическое отклонение измеренного профилякоэффициента ослабления аэрозоля составило 33%.5.6. Выводы по главе 5– Сравнительная оценка погрешности восстановления профиля коэффициента ослабления аэрозоля и профиля относительной объёмной концентрацииАХОВ показала, что программа ASDM_LIDAR_DSP, разработанная в рамкахработы над диссертацией, уменьшает величину погрешности в 2 раза по сравнению с программой ECOPIIK, разработанной сторонними авторами независимо от работы над диссертацией и использующейся для обработки лидарныхсигналов в системе «АСДМ-Лидар» наряду с ASDM_LIDAR_DSP.– Приведённые результаты обработки реальных сигналов, полученных впроцессе лидарных измерений, показывают, что эффективная дальность лидарапри обработке сигналов программой ASDM_LIDAR_DSP возрастает в несколько раз по сравнению с обработкой с помощью программы ECOPIIK.

В составелидарного комплекса ASDM_LIDAR_DSP может служить эффективным средством обнаружения источников пожаров, аварий и ЧС, а также средством дополнительного подтверждения их визуального обнаружения.– Результаты лидарных измерений профиля коэффициента ослабления аэрозоля и профиля относительной объёмной концентрации АХОВ, полученных всистеме «АСДМ-Лидар» с использованием программы ASDM_LIDAR_DSP,показывают уменьшение среднеквадратического отклонения в полученныхпрофилях измеряемых величин на 25 – 40 % по сравнению с результатами лидарных измерений, полученными в других отечественных и зарубежных лидарных системах.109ЗАКЛЮЧЕНИЕВ диссертационной работе решена научно-практическая задача поуменьшению погрешности восстановления профиля коэффициента ослабленияаэрозоля и профиля относительной объёмной концентрации газов с помощьюлидаров.

Представлены новые методы обработки сигналов на выходе ФП и проведено компьютерное моделирование, позволяющее оценить погрешность восстановления упомянутых выше характеристик атмосферы при применении разработанных методов. Разработано ПМО, с помощью которого осуществляетсяобработка сигналов и измерение профилей параметров атмосферного аэрозоляи газов в реальных лидарных системах.В диссертационной работе получены следующие основные научные результаты:1. Предложена модификация метода интегрального накопления для расчётакоэффициента ослабления аэрозоля, учитывающая особенности работы лидарных систем в зонах КС и ЧС и снижающая количество априорной информации,необходимой для расчёта.2.

Предложен метод обработки лидарного сигнала, применяемый при измерении профиля коэффициента ослабления аэрозоля по расстоянию модифицированным методом интегрального накопления и основанный на использованиифильтрации промежуточных результатов вычислений.3. Предложен метод обработки лидарного сигнала, применяемый при измерении профиля относительной объёмной концентрации АХОВ по расстояниюметодом дифференциального поглощения и основанный на использованиифильтрации промежуточных результатов вычислений.4. Предложена модель лидарного сигнала, позволяющая проводить исследования по применению различных способов фильтрации сигналов в лидарныхсистемах, работающих в зонах КС и ЧС.110Практическая значимость работы заключается в следующем:1.

Применение методов цифровой фильтрации лидарных сигналов позволяет существенно улучшить характеристики лидарных систем: повысить их чувствительность, точность, пространственное разрешение, а также уменьшитьвремя измерения требуемых параметров;2. Разработаны цифровые фильтры подавления шумов в лидарном сигнале,снизившие погрешность восстановления параметров компонентов атмосферы влидарных системах, работающих в зонах КС и ЧС;3. С помощью разработанной в диссертации программы обработки лидарных сигналов, применяемой в лидарных комплексах системы мониторинга атмосферного воздуха «АСДМ-ЛИДАР», осуществляется контроль состояниявоздушного пространства на предприятиях, объектах специального назначения,а также в экологически неблагоприятных городских районах.Направление дальнейших исследований и разработок.

В данной работе были исследованы методы обработки сигналов, получаемых на выходе ФП влидарных системах. Эти сигналы могут быть классифицированы как новыйкласс радиотехнических сигналов, обладающий своими уникальными временными и частотными свойствами. Изучение этих свойств может быть предметомдальнейших исследований. Также открываются новые возможности для исследований по применению методов цифровой обработки сигналов в сочетании сдругими методами расчёта параметров атмосферного воздуха – как лидарными,так и основанными на пассивном приёме оптического излучения.

Разработанные методы обработки лидарных сигналов могут быть использованы в двух- имноговолновых лидарах, лидарах, использующих резонансное и комбинационное рассеяние, Фурье-спектрометрах и т.д. Представляет интерес реализацияметодов обработки на специализированных аппаратно-программных платформах, что позволит существенно улучшить массо-габаритные характеристикилидарных систем.111Список работ автора по теме диссертации[А1].

Лысов П.И. Методика обработки лидарного сигнала при зондированииаэрозольных образований в атмосфере с помощью Ti-сапфир-лазера. / ГрязныхИ.В., Лысов П.И., Николаев А.Н. // Труды РНТО РЭС им. А.С. Попова. Серия:Цифровая обработка сигналов и её применение. Выпуск Х-1: Доклады-1. – М.,2008. – с. 412-414.[А2]. Лысов П.И.

Цифровая обработка лидарного сигнала методом логарифмической производной с целью оценки коэффициента ослабления аэрозоля ватмосфере / Грязных И.В., Лысов П.И. // Труды РНТО РЭС им. А.С. Попова. Серия: Цифровая обработка сигналов и её применение. Выпуск XI-2: Доклады-2. –М., 2009. – с. 559-562.[А3]. Лысов П.И. Цифровая обработка отраженных сигналов при лазерномлокационном мониторинге атмосферы / Лысов П.И. // III Всероссийская научнотехническая конференция «Актуальные проблемы ракетно-космического приборостроения и информационных технологий».