Сведения об официальных оппонентах и ведущей организации (Методы обработки сигналов в лидарных системах при исследовании газодымовых выбросов в зонах кризисных и чрезвычайных ситуаций)

«У'1 БЕРЖДА10а Генеральный конструктор аук. профессор. наъ в РФ Х.Шаргоролскнй ЕО~» г. отзыв ведущей организации на диссертационную работу Лысова Г1.И. «Методы обработки сигналов в лидарных системах при исследовании газодымовых выбросов в зонах кризисных и чрезвычайных ситуаци~Ь>, представленной на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.12,04— Радиотехника, В том числе системы и устройства телевидения. А1стуальиость темы исследования. Оперативное обнаружение и мониторинг процессоВ загрязнения атмОсферы В реальном Времени В условиях кризисных и чрезвычайных ситуаций 1КС и ЧС) жизненно необходимы как в крупных промышленных зонах, так и на множестве городских территорий, Где име1Отся крупные холодильныс и ВОДООчистные системы, использу1Ощие при своей работе значительные объемы аммиака и хлора, а также в городской и сельской местности при возникновении кру1щых пожаров.

Системы дистанционного оптического зондирования 1лидарные системы), используемые в зонах, охваченных КС и ЧС, способны давать достаточно полную и объективную информацию для оценки уровня опасности КС и ЧС и отслеживания динамики их развития. При современном уровне развития лидарной техники улучшение рабочих характеристик лидаров (радиус действия„пространственное разрешение, оперативность и точность измерений) в значительной степени определяется использованием оптималы1ых методов обработки принимаемого сигнала. Диссертационная работа Лысова П.И. направлена на повышение точности восстановления пространственного распределения концентраций аварийно-химически опасных веществ 1АХОВ) в атмосферном воздухе в условиях КС и ЧС за счет применения радиотехнических методов при обработке сигналов, принимаемых лидарными системами, зопдиру1ощими загрязненную атмосферу. Акцент делается на применении фильтрации на разных этапах расчета профилей коэффициента ослабления аэрозоля и относительной объемной концентрации газообразных компонентов, что позволяет разрабатывать новые высокоэффективные радиоэлектронные устройства для лидарных систем.

Этим определяется актуальность темы диссертации, на- правленной на повышение !т)чности измерений при использовании лидаров в зонах КС и ЧС. Для достижения поставленной в диссертационной работе П,И. Лысовы цели повышения точности лидарных измерений автором были решены задачи разработки модели лидарного сигнала в условиях зондирования газодымовых выбросов в зонах КС и ЧС при наличии шумов лидарного сиг!!а!!а различной природы, обусловленных квантовой дискретностью принимаемого сигнала и тепловыми шумами приемной системы: исследования способов фильтрации лидарных сигналов при их обработке; разработки алгоритмов обработки лидарного сигнала для определения профиля коэффициента ослабления аэрозоля на основе расчета модифицированным методом интегрального накопления а также профиля относителыюй объемной концентрации газообразных компонентов методом дифференциального поглощсниярассеяния ~ДПР) с применением фильтрации на промежуточных стадиях; разработки программно-математического обеспечения 1ПМО), осуществляющего обработку лидарных си! !!алов; проведения экспериментальных исследований по измерению пространственных и количестве!шых характеристик аэрозольных и газовых аномалий в атмосфере с целью анализа эффективное!и разраоо!анных методов и сравнения результатов исследований с результатами, полученными с помощью других методов, Выбор направления исследований и разработок произведен автором па основании подробного анализа отечественных и зарубежных достижений в области лидарных методов зондирования атмосферных аэрозолей и газов с учетом требований, характерных для оперативного обнаружения и непрерывного отслеживания развития КС и ЧС.

Из анализа математического аппарата„применяемого при решении задач лидарного зондирования атмосферных аэрозолей и газов известными лидарными системами, автором выявлено соответствие между подходами, используемыми в оптических и радиолокационных методах при зондировании распреде!!снных и структурно неоднородных целей, из че!"О им сделан вывод о целесообразности применения радиотехнических методов при обработке лидарных сигналов, Выявлены особенности решения задачи восстановления профиля коэффициента ослабления аэрозоля для аэрозольных аномалий, характерных для условий КС и ЧС, когда лидарное отношение оказывается неодинаковым для аэрозолей, расположенных на различном удалении от з!ида" ра, из-за различной физико-химической природы аэрозолей в относительно чистой и силыю загрязненной атмосфере.

Выбранный для расчета алгоритм восстановления профиля коэффициента ослабления аэрозоля дает возможность проводить расчет без введения в него доно,шительных данных, требующих контактных измерений. Значение коэффициента ослабления аэрозоля является мерой его содержания.

Для определения концентрации газообразных компопе!лов выоран об!цеприт!яты!! метод дифферен!тиалыюго поглощения-рассеяния (ДПР). Для оценки погрепшости восстановления профилей коэффициента ослабления аэрозоля и концентраций газообразных компонентов в случаях применения различных методов обработки лидарного сигнала с учетом влияния шумов автором разработана цифровая модель лидарного сигнала, которая позволяет оценивать спектральные и времетшые свойства лидарных сигналов, характерных для реальных условий измерения.

В результате проведения анализа частотного спектра сигнала на выходе фотоприемного устройства лидарной системы были выявлены зависимости величины динамического диапазона значений регистрируемых сигналов от частоты дискретизации нри приеме сигнала Р;ь удаленности газодымового облака от лидара Л„!! толщины газодымового облака РВ. По результатам этого анализа были определены особешюсти искажений формы лидарного сигнала при его цифровой фильтрации в зависимости от значений 1':ь РВ и Р!ь что позволило оптимизировать способы его фильтрации, позволяющие минимизировать погре!Нность восстановления искомых количественных характеристик полей загрязнения атмосферного воздуха в зонах КС и ЧС по результатам измерений. В диссертации П.И.

Лысова проведен анализ эффективности цифровых фильтров различного типа на отдельных этапах обработки лидарного сигнала. Показано, что применение дифференцирующего цифрового фильтра 128 порядка, разработан!!ого автором по алгоритму Паркса-МакКлеллана для реализации операции дифференцирования, дает точность вычислений порядка 0,1оо с выигрышем по быстродействию при реализации на аппаратных платформах с применением с!!ециализированных сигнальных процессоров и программируемых логических интегральных схем по сравнению с реализациями, основанными на численных методах или на использовании идеалын!- го дифференцирующего цифрового фильтра с усечением импульсных характеристик.

В диссертации показано также, что при работе методом ДП!' в случае наблюдения газодымовых шлейфов толщиной 10-50 м применение персдискретизации может дать повышение пространственного разрешения, позво!я!о!цее различить детали профиля концентрации детектируемого газа в столь узком шлейфе, используя частоту дискретизации -50 МГН. При этом В случае использования фильтра низкой частоты с оптимальными характеристиками погрешность, вносимая передискретизацией, составляет 2-4 ', о. Автором показано, что при Восстановлении профиля коэффициента ослабления аэрозоля применение фильтра экспоненциального усреднения для каждого отдельного лидарного с!!Гнала в сочетании с усреднением по выборкам лидарного сигнала достигается компромисс между шумоподавлением и внесением искажений в лидарный сигнал за счет подбора значения коэффициента усреднения.

В результате на отдельных участках лидарного сил)ала достигается снижение погрешности восстановления исходного смоделированного лидарного сигнсц!а в 2 и более раз по сравнению с погрешностью в случае усреднения без применения фильтра. Фильтр экспоненциального усреднения п1эи фильтрации с ну!!сВым сдВигом фаз В!юси г меньшие искаже- ния в лидарный сигнал, чем фильтр низких частот с конечной импульсной характеристикой (КИХ ФНЧ) при близких характеристиках обоих фильтров.

При восстановлении профиля относизельной объемной концентрации газообразных компонентов из-за низкого отношения сигнал~'шум автором предложено использовать схему широкополосный фильтр — ограничитель- узкополосный фильтр (1ИОУ) и узкополосную фильтрацию с прореживанием для каждой из пар выборок сигналов на г.оз и 1.ол.

при обработке сигналов по одиночным импульсам, а усреднение применять к ее результатам. Для сильно зашумленных сигналов предложено применять экспоненциальное усреднение перед началом фильтрации, На основании разработанных методов автором предложены функциональныс схемы устройств, реализующих эти методы при измерении профилей коэффициента ослабления аэрозоля и газообразных компонентов в зонах аномального загрязнения.

Содержание автореферата в достаточной мере соответствует тексту диссертации и в полной мере отражает научные положения, а также полученные научныс и практические результаты. Результаты, полученные в диссертационной работе П.И. Лысова, внедрены в автоматизированной системе дистанционного мониторинга воздушной среды и оперативного обнаружения аварий «АСДМ-Лидар». Работа по созданию системы проведена в рамках конверсионной программы, а также по заданиям Московского правительства (Москомприрода) и МЧС РФ, С помощью разраоотанной в диссертации программы обработки лидарных сигналов, применяемой в лидарных комплексах системы мониторинга атмосферного воздуха «АСДМ-Лидар», осуществляется оценка загрязненности воздушного пространства на предприятиях, объектах специального назначения, а также в экологически неблагоприятных горолских районах.