Отзыв ведущей организации (Быстрые и точные алгоритмы расчета сигналов оптико-электронной системы дистанционного зондирования из космоса)

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государе~венное бюджетное образовательное учреждение вмсюего проФессиональнога обравования ИИоаковокий государственный технический университет имени Н.З. Бауманан (МП'У им. Н.З. Баумана) 105005, л Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1 тел. (499) 263-63-91 Факс (499) 267-46-44 Енпа)(: Ьаоп)апслтЬтв(стд «УТВЕРЖДА)О» Первый проректор- проректор по научной работе аум ..н. В.Н. Зимин б- Ул~~М вЂ” — 20!б г. ОТЗЫВ ВЕДУЩКЙ ОРГАНИЗАЦИИ на диссертапионную работу Шагалова Олега Владимировича "Быстрые и точные алгоритмы расчета сигналов оптнко-электронной си- стемы дистанционного зондирования атмосферы из космоса", представленную на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.11.07 — Оптические и оптико-электронные приборы и комплексы Актуальность темы диссертационного исследования.

~[иссертация Шагщюва О.В. посвящена актуальной проблеме исследования природных среды методами оптического дистанционного зондирования с ИСЗ. Измерения, проводимь)е с ИСЗ, являются косвенными. поэтому интерпретация их результатов опирается на результаты математического моделирования. Технические возможности современных оптико-электронных систем 1ОЭС) дистанционного зондирования кардинально изменили требования к прямым моделям переноса как по точности, так и по скорости вычислений 1ОЭС дистанционного зондирования проводят измерения одновременно на десятках тысяч длин волн). Это обусловило жесткие требования к алгоритму расчета -- не более одной секунды для одной длины волны зондирования при погрешности расчета не более одного процента.

Для достижения необходимой точности в модель требуется включать все известные факторы, существенно влияющие на сигнал ОЭС, что увеличивает время счета. Отсюда вытекает непростой вопрос баланса между погрешностью и скоросгькт вычисления. В настоящее время нег универсального аг(горитма расчета сигнала спутниковой ОЭС дистанционного зондирования„отвечающего требованиям обратных задач. Поэтому тема диссертационной работы Шаталова О.В.

безусловно актуальна в настоящее время. Оценка содержания диссертации. Диссертация содержит 106 страниц, включая 14 рисунков н 1 таблицу. Список литературы содержит 127 наименований на 12 страницах. Обгций объем работы — 120 страниц. В первой главе проводится аналитический обзор ОЭС дистанционного зондирования. методов решения уравнения переноса излучения (У1!И). трехмерных эффектов переноса излучения. В первом параграфе дается обзор современного состояния оптического дистанционно~ о зондирования атмосферы и подстилающей поверхности.

Сформулированы требования обратных задач оптического дистанционного зондирования к прямым моделям переноса излучения. Во втором параграфе приведен анализ классических методов решения уравнения переноса излучения, Проведен анализ малоугловых методов, а также приведены результаты сравнения существующих алгоритмов, которые показали. что наилучшим образом излучение под малыми углами учитывает мшюугловая модификация метода сферических гармоник (МСГ).

Третий параграф посвящен трехмерным задачам переноса излучения. Проводится подробное исследование существующих методов учета разорванной облачности. Вторая глава посвящена дискретному уравнению переноса излучения. В первом параграфе проводится анализ количества ординат для предстшгления регулярной части (Р"1) решения. Формулируется аналог теоремы Котельникова по выбору количества ординат для адекватного описания тела яркости. Отказ от описания в РЧ пиков дает быстрый (порядка сотых долей секунды) расчет регулярной части решения, а учет пиков требуег уже десятков минут. Показано, что наилучшей формой аннзотропной части является МСГ.

Во втором параграфе рассматриваются методы решения уравнения переноса излучения для многослойных сред. Современные модели атмосферы включают разбиение ее па лесяткн однородных слоев, что приводит к основным затратам времени на матрично-операторный метод (МОМ). Предприняты попытки ухода от МОМ.

Показано, что увеличение быстродействия алгоритмов расчета возможно только па пути умсныпения размеров матриц решения в форме рассеивателей. В третьем параграфе рассматривается влияние аппаратно-программных средств на эффективность алгоритмов расчета. Показано, что наиболее существенный фактор ускорения алгоритма -- метод выделения анизотропной части решения. Третья глава посвящена новым решениям уравнения переноса излучения на основе метода синтетических итераций.

В первом параграфе разработано новое решение — особый случай метода синтетических итераций — квазидвухпотоковое приближение. Показано хорошее совгшденне результатов двухпотокового приблизкеция с известными программами при выигрыше в скорости двухпотокового приближения на несколько порядков. Второй параграф посвящен другому особому случаю синтетических итераций — квазид иффузионному приближению. В этом случае анизотроиная чань снова выделяется по МС1', а в качестве первого ша~а в решении для регулярной части по методу сиитетнческитераций используется диффузионное приближение.

В третьем параграфе квазидиффузнонное приближение развито на случай разорванной облачности. Приводятся результаты численного сравнения с программой, решшошей аналогичную задачу методом Монте-Карло. Отмечается хорошее совпадение при выигрыше во времени счета в несколько порядков Заключение содержит основные практические и теоретические выводы цо работе. В диссертации следует следующие недостатки: !. В диссертации ставятся требования к алгоритму расчета прямой задачи не больше одного процента погрешности при времени счета не более одной секунды.

При этом указывается, что для достижения такой точности в модель необходимо включать все факторы, существенно вли- яющие на сигнал, однако в дальнейших выкладках многие из этих факторов не учитываются. Время расчетов разработанных алгоритмов не превышает одной секунды при заданной точности. 1!о учет. например„ только лишь поляризации увеличит время счета в несколько раз, что приведет к превышению требований по времени. 2. В диссертации не приведено количественной оценки погрешности.

а лишь проводится сравнение с дру~ ими алгоритмами. 3. Не приведена оценка влияния количества слоев на время счета в случае многослойной среды, Перечнсленныс недостатки, однако„це снижают общего хорошего впечатления о диссертации. Степень новизны полученных результатов. В диссертации впервые 1юлучены следующие результаты: 1. Предложено правило выбора шага дискретизации УПИ при заданном разрешении на основе теоремы Котельникова; 2. Получена связь решения дискретного УПИ матрично-операторным методом с инвариантным погружением В.Л.

Амбарцумяна; 3. К опнсани1о переноса в атмосфере применен метод синтетических итераций„который является мощным источником ускорения сходнмостн; 4. Дано решение плоской задачи в квазидвухпотоковом приближении, которое имеет преимущество по скорости по сравнению с известными алгоритмами более чем в 120 раз; 5. Предлоэкено решение для регулярной части в квазндиффузионном приближении, не уступающее по скорости квазидвухпотоковому приближени1о н которое легко позволяет произвести обобщение на произвольную геометрию среды; 6.

Разработан алгоритм расчета сигнала спутниковой ОЭС при наличии в поле зрения цилиндрического отверстия в бесконечном плоскопараллельном облаке на основе квазидиффузиопного приближения. Обоснованность научных положений и выводов диссертации. Достоверность и обоснованность научных положений, выводов н рекомендаций, сформулированных в диссертации, подтверждается математической строгостью всех преобразований, сравнением результатов, полученных по предлагаемому методу, с численными результатами, полученными другими методами 1модифицированный метод дискретных ординат, метод Монте-Карло, метод сферических гармоник.

метод конечных разностей), а также аналитическими решениями, полученными другими исследователями, сравнением с общепризнанными в оптическом дистанционном зондировании алгоритмами 131БОКТ (МАЗА), ЯС1АТКАМ (ЕЯА), Рзтаг ~3АХА). Практическая значимость диссертационной работы. 1.

Разработанные модели сигналов спутниковых ОЭС для плоской задачи позволяют проводить верификацию новых методов решения УПИ, как в и::юской, так и в некоторых случаях для трехмерной геометрий„ 2. Полученное решение в квазидиффузионном приближении дает возможность решать задачи при произвольной геометрии среды, что позволит учесп, не только эффекты разорванной облачности, но также и неоднородности подстилающей поверхности; 3. Созданный алгоритм получения сигналов спутниковой ОЭС позволяет проводить обработку и интерпретацию данных пассивных систем ОДЗ; 4. Лналитическая форма получешюго решения уравнения переноса излучения допускает построение обратного оператора в аналитической форме; Заведующий кафедрой Лазерные и оптико-электронные системы., д.т.н.