Диссертация (Быстрые и точные алгоритмы расчета сигналов оптико-электронной системы дистанционного зондирования из космоса), страница 15

При этом МСГ является наилучшим способомиз известных, позволяя получить регулярную часть практически изотропной поуглу функцией.2. Проведенный в работе анализ регулярной части показал, что при выборешага сетки в статистических методах справедлива теорема Котельникова: притрадиционном подходе к решению шаг сетки должен быть не больше, чемполовина наиболее мелкой детали углового распределения яркости.3.

Проведенный в работе анализ алгоритма MDOM показал, что выделениеанизотропной части на основе МСГ делает регулярной такой, что алгоритмочень хорошо сходится в средней метрике (без учета мелких деталей, вклад вэнергию которых не превышает нескольких процентов). Показано, чтоэффективно с точки зрения скорости учесть эти детали можно с помощьюметода синтетических итераций.4. Полученные впервые в работе решения УПИ для моделированиясигналов ОЭС в квазидвухпотоковом и квазидиффузионном приближенияхпротестированы для широкого набора параметров среды в сравнении с MDOM(точным решением УПИ). Расхождение составляет менее одного процента привыигрыше в скорости более чем на два порядка.5.

Трехмернаямодельотверстиявплоскомоблакенаосновеквазидиффузионного приближения протестирована в сравнении с решениемтой же задачей методом Монте-Карло. В пределах дисперсии время счетаразнится в пользу квазидиффузионного приближения в несколько порядков.6. Приведенные рассуждения и результаты сравнения позволяют говорить отом, что разработанные в диссертации модели сигналов спутниковой ОЭС104обеспечивают необходимую точность при отсутствии в среде неоднородностейразмером менее угла рассеяния.105ЗаключениеИсследования,проведенныеврамкахдиссертационнойработы,позволяют сделать следующие основные выводы:1.

Математическая модель оптического сигнала системы ДЗЗ основываетсяна решении дискретного УПИ. Такое решение невозможно без аналитическоговыделения анизотропной части, содержащей все особенности, порождаемыефизической основой теории переноса излучения – лучевым приближением.Наилучшим образом для этой цели зарекомендовала себя малоугловаямодификация метода сферических гармоник.

Этот метод позволяет получитьрегулярную часть решения в виде очень гладкой, практически изотропной поуглу функцией, что позволяет использовать более крупную сетку в численномметоде.2. Для эффективного решения обратных задач ОДЗ требуется реализацияматематической модели сигнала спутниковой оптико-электронной системы ДЗЗв равномерной метрике не хуже одного процента со временем счета не болееодной секунды для одной длины волны.

Лучший на сегодняшний деньалгоритм MVDOM не удовлетворяет требованиям по скорости более чем на трипорядка. Поскольку MVDOM фактически является точным решением УПИ, этопозволяет говорить о несостоятельности классических методов решения сточки зрения современных гиперспектральных измерительных систем, азначит, требуется искать принципиально новый подход.3. В работе впервые для задач моделирования сигналов спутниковой ОЭСбыл применен метод синтетических итераций, предложенный в ядернойфизике. В сочетании с МСГ он позволяет использовать на первом этапепростейшие методы решения УПИ, тем самым удается обойти проблемубаланса скорости и точности вычислений, присущую традиционным методам.4. Предложенный в работе квазидвухпотоковый метод моделированиясигнала ОЭС, способен удовлетворить требованиям гиперспектральных систем106по скорости и точности вычислений, однако, в силу зависимости отгоризонтальной симметрии среды эффективен только в случае плоской задачи.5.

Диффузионноеприближениеявляетсяаналогомдвухпотоковогоприближения с точки зрения простоты и скорости реализации, однако обладаетважным преимуществом – не зависит от симметрии среды. Впервые внастоящей работе было получено решение для регулярной части вквазидиффузионном приближении (диффузионное приближение + итерация) свыделением анизотропной части по МСГ. Спектральное представлениеяркости, на котором основан метод, позволяет легко обобщить полученноерешение на произвольную геометрию среды. Проведенные сравнения призаданной точности показали выигрыш в скорости нового алгоритма в несколькопорядков.107ИСТОЧНИКИAdams M.L., Larsen E.W. Fast iterative methods for discrete-ordinates particletransport calculations // Progress in Nuclear Energy. V.40, No.1.

2002. P.3159.Akimoto M., Koshiishi Y., Ikeda H., Maeda K., Hata M. Skin color measurements:usefulness of the metric hue angle of uniform color spaces for dermatologicaltreatment // Progress In Electromagnetics Research Symposium Proceedings,Guangzhou, China, Aug. 25-28, 2014.Altinok A., Thompson D.R., Bornstein B., Chien S.A., Doubleday J., Bellardo J.Real-Time Orbital Image Analysis Using Decision Forests, with a DeploymentOnboard the IPEX Spacecraft // Journal of Field Robotics, 2015, article inpress.Ardanuy P.E., Stowe L.L., Gruber A., Weiss M. 1991, Shortwave, longwave, and netcloud-radiative forcing as determined from Nimbus 7 observations // Journal ofGeophysical Research, v.

96(D10), 1991. p. 18,537-18,549.Arrhenius S. On the influence of carbonic acid in the air upon the temperature of theground // Phil. Mag. V. 41. 1896. p. 237–276.Belikov D.A., Bril A., Maksyutov S., Oshchepkov S., Saeki T., Takagi H., YoshidaY., Ganshin A., Zhuravlev R., Aoki S., Yokota T. Column-averaged CO2concentrations in the subarctic from GOSAT retrievals and NIES transportmodel simulations. Polar Science, V. 8, I. 2, 2014. p. 129-145.Böcklin C., Baumann D., Keller E., Fröhlich J.

Determining light distribution inhuman head using 3D Monte Carlo simulations // Proc. SPIE 8221, OpticalInteractions with Tissue and Cells XXIII, 822117 (February 9, 2012).Boudak V.P., Kozelsky A.V., Savitsky E.N. Improvement of the spherical harmonicsmethod convergence at strongly anisotropic scattering // Atmos. Oceanic Opt.V. 17, No. 1. 2004. P. 28-33.108Budak V.P., Kaloshin G.A., Shagalov O.V., Zheltov V.S. Numerical modeling of theradiative transfer in a turbid medium using the synthetic iteration // OpticsExpress, 2015.

Vol. 23, No. 15. P.A829-A840.Budak V.P., Klyuykov D.A., Korkin S.V. Convergence acceleration of radiativetransfer equation solution at strongly anisotropic scattering // In LightScattering Reviews 5. Single Light Scattering and Radiative Transfer / Ed.A.A. Kokhanovsky. Springer Praxis Books, 2010. P.147-204.Budak V.P., Korkin S.V. On the solution of a vectorial radiative transfer equation inan arbitrary three-dimensional turbid medium with anisotropic scattering // JQuant Spectrosc Radiat Transfer, V.

109, № 1, 2008. P. 220-234.Budak V.P., Shagalov O.V., Zheltov V.S. Numerical radiative transfer modeling inturbid medium slab // Proc. SPIE 9292, 2014. 20th International Symposium onAtmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 92920Y.Budak, V.P., Klyuykov, D.A., Korkin, S.V. Complete matrix solution of radiativetransfer equation for pile of horizontaly homogeneous slabs // J. Quant.Spectrosc. Radiat. Transfer, V. 112, 2011. P.

1141-1148.Cahalan R.F., Ridgway W., Wiscombe W. J., Gollmer S., Harshvardhan Independentpixel and Monte Carlo estimates of Stratocumulus albedo // Journal of theAtmospheric Science. V. 51, No. 24, 1994. p. 3776-3790.Chambers, L.H., Wielicki, B.A., Evans, K.F. Accuracy of the independent pixelapproximation for satellite estimates of oceanic boundary layer cloud opticaldepth // Journal of Geophysical Research, vol.

102, 1997. p. 1779-1794.Chylek P., Box J., Lesins G. Global warming and the Greenland Ice Sheet // Clim.Change. V. 63, 2004. p. 201–221.Cogan A.J., Boesch H., Parker R. J., Feng L., Palmer P. I., Blavier J.-F. L., DeutscherN.

M., Macatangay R., Notholt J., Roehl C., Warneke T., Wunch D.Atmospheric carbon dioxide retrieved from the Greenhouse gases ObservingSATellite (GOSAT): Comparison with ground-based TCCON observations109and GEOS-Chem model calculations // Journal of Geophysical Research. V.117, 2012.Cook, P.A., de Oliveira, C.R.E., Haigh, J.D., Goddard, A.J. A finite elementspherical harmonics model for radiative transfer in inhomogeneous clouds.

PartII. Some applications // Atmospheric Research, vol. 72, 2004. p. 223-237.Corti, T., Peter, T. A simple model for cloud radiative forcing // AtmosphericChemistry and Physics, vol. 9, 2009. p. 5751-5758.Deutschmann T., Beirle S., Frieß U., Grzegorski M., Kern C., Kritten L., Platt U.,Prados-Roman C., Pukite J., Wagner T., Werner B., Pfeilsticker K. The MonteCarlo atmospheric radiative transfer model McArtim: Introduction andvalidationof Jacobians and 3D features // Journ.

Quant. Spectr. Rad. Trans. V.112, 2011. p. 1119-1137.Doicu A., Efremenko D.S., Loyola D., Trautmann T. Approximate models for brokenclouds in stochastic radiative transfer theory // Journ. Quant. Spectr. Rad.Trans. V. 145, 2014b. p. 74-87.Doicu A., Efremenko D.S., Loyola D., Trautmann T. Discrete ordinate method withmatrix exponential for stochastic radiative transfer in broken clouds // Journ.Quant. Spectr. Rad.

Trans. V. 138, 2014a. p. 1-16.Eddington, A. S. The internal constitution of the stars. Cambridge, UK: CambridgeUniv. Press. 1926.Evans K.F. The spherical harmonics discrete ordinate method for three-dimensionalatmospheric radiative transfer. // J. Atmos. Sci. V. 55, 1998. p. 429–446.Ewen G.B.L., Grainger R.G., Lambert A., Baran A.J.

Infrared radiative transfermodelling in a 3D scattering cloudy atmosphere: Application to limb soundingmeasurements of cirrus // Journ. Quant. Spectr. Rad. Trans. V. 96, 2005. p. 4574.Fauchez T., Cornet C., Szczap F., Dubuisson P. Assessment of cloud heterogeneitieseffects on brightness temperatures simulated with a 3D Monte Carlo code inthe thermal infrared // AIP Conference Proceedings 1531, 75 (2013).110Fokina I.N., Karasik V.E., Orlov V.M., Budak V.P.

Impact of structure geometry onscattering in partially-ordered media // Journal of Quantitative Spectroscopyand Radiative Transfer, V. 149. 2014. P.108–116.Frame, J.W., Petters, J.L., Markowski, P.M., Harrington, J.Y. An application of thetilted independent pixel approximation to cumulonimbus environments //Atmospheric Research, vol. 91, 2009. p.

127-136.Galinsky V.L., Ramanathan V. 3D Radiative Transfer in Weakly InhomogeneousMedium. Part I: Diffusive Approximation // Journal of the AtmosphericScience. V. 55, 1997. p. 2946-2959.Gerardin J., Seiler N., Ruyer P., Trovalet L., Boulet P. P1 approximation , MDA andIDA for the simulation of radiative transfer in a 3D geometry for an absorbingscattering medium // Journ. Quant. Spectr. Rad. Trans. V.

113, 2012. p. 140149.Goudsmit S., Saunderson J.L. Multiple Scattering of Electrons // Physical Review. V.57, 1940. p. 24-29.Hamann U., Walter A., Bennartz R., Thoss A., Meirink J.F., Roebeling R. Intercomparison of cloud detection and cloud top height retrievals using the CREWdatabase // AIP Conference Proceedings 1531, 460 2013.Hamazaki, T. Overview of TANSO and GOSAT, 2008Jakub F., Mayer B. A three-dimensional parallel radiative transfer model foratmospheric heating rates for use in cloud resolving models—The TenStreamsolver // Journ.