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

ОТЗЫВофициального оппонента Катаева Михаила Юрьевича на диссертационнуюработу Шагалова Олега Владимировича "Быстрые и точные алгоритмырасчета сигналов оптико-электронной системы дистанционногозондирования атмосферы из космоса", представленную на соискание ученойстепени кандидата технических наук по специальности05.11.07 – Оптические и оптико-электронные приборы и комплексыАктуальность темы диссертацииСовременный этап развития космических средств мониторингаповерхности Земли и атмосферы характеризуется ростом числа имногообразия исследовательского оптико-электронного измерительногооборудования,входящеговсоставкосмическогоаппарата[http://ecoruspace.me]. Одной из важнейших задач мониторинга в оптическомдиапазоне спектра является получение достоверной информации об объектахисследования.

Создание высокоточных и надежных систем космическогомониторинга является чрезвычайно важным направлением развития научнотехнического потенциала России и зафиксирована в перечне критическихтехнологий РФ [http://kremlin.ru/supplement/988]. Разработка космическихприборных и программно-аппаратных комплексов обработки данныхизмерений приводит значительным к затратам времени.

Одним из выходов всложившейся ситуации является применении методов компьютерногофизического моделирования (КФМ), как на этапе разработки, так иобработки данных измерений.Основной задачей КФМ процесса измерения определенным оптикоэлектронным прибором системы дистанционного зондирования являетсяобеспечение высокой адекватности разрабатываемой модели физическойреальности. Для решения этой непростой задачи необходим максимальнополный учет факторов распространения излучения на оптической трассе ватмосфере, технических характеристик приемной аппаратуры и условийнаблюдения (углы освещения и визирования). Однако полностью соблюстивсе указанные характеристики, которые изменяются в многомерномпространстве (длина волны, пространство (x,y,z) и время), со своимиразнообразными физическими особенностями, крайне сложно.

Это приводитк значительной алгоритмической сложности математических моделей ипривлечению большого по объему набора исходных данных, что сопряжено согромными временными затратами.Выходом из создавшейся ситуации является адаптация и доработка ужесуществующих математических методов, разработка новых математическихподходов и алгоритмов, привлечение новейших программных технологий кпостановке КФМ для задач дистанционного зондирования. Особый интереспредставляет разработка и обоснование нового, универсального иконкурентоспособного метода расчета характеристик приемной аппаратуры вусловиях существенного изменения освещенности, а для этого, полейрассеянного излучения оптического диапазона в атмосфере. В этом плане,рассматриваемая диссертационная работа Шагалова О.В.

являетсяактуальной в научном плане и востребованной для практики.Новизна проведенных исследований и полученных результатовНовизна диссертационной работы заключается в разработке,теоретическом и экспериментальном (численном) обосновании, а такжесоздании и внедрении в практику новой математической модели сигналаспутниковой оптико-электронной системы с учетом трехмерных эффектовпереноса излучения в атмосфере (разорванной облачности), котораяотличается повышенной точностью и быстродействием.К числу наиболее существенных результатов диссертации следуетотнести:1. Предложено правило выбора шага дискретизации УПИ (уравнениепереноса излучения) при заданном разрешении на основе теоремыКотельникова;2. Получена связь решения дискретного УПИ (не было ранее в отзывеэтого сокращения) матрично-операторным методом с инвариантнымпогружением В.А.

Амбарцумяна;3. К описанию переноса в атмосфере применен метод синтетическихитераций, который является мощным источником ускорения сходимости;4. Дано решение плоской задачи в квазидвухпотоковом приближении,которое имеет преимущество по скорости по сравнению с известнымиалгоритмами более чем в 120 раз;5. Предложено решение для регулярной части в квазидиффузионномприближении, не уступающее по скорости квазидвухпотоковомуприближению, и которое легко позволяет произвести обобщение напроизвольную геометрию среды;6.

Разработан алгоритм расчета сигнала спутниковой ОЭС при наличиивполезренияцилиндрическогоотверстиявбесконечномплоскопараллельном облаке на основе квазидиффузионного приближения.В работе рассматриваются методы решения уравнения переносаизлученияв случае многослойных сред. Получена связь матричнооператорного метода для решения дискретного УПИ с инвариантнымпогружением.

Предложено провести модернизацию традиционных методов,врезультатекоторойбудутудовлетворенывсетребованиягиперспектральных систем, с помощью метода синтетических итераций.Новизна разработанной модели заключается в том, что она, в отличие отизвестных моделей, математически строго устанавливает связь параметровуравнения, не смотря на некоторые упрощения. Личный вклад Шагалова О.В.состоит в получении решения плоской задачи уравнения переноса излученияв квазидвухпотоковом приближении и получении оценок для сигналаспутниковой оптико-электронной системы. Полученные оценки справедливыдля различных случаев измерений (безоблачная атмосфера и разорваннаяоблачность).Степень обоснованности и достоверности научных положений,выводов, рекомендаций и заключенийОбоснованность и достоверность научных положений, выводов,рекомендаций и заключений, полученных в диссертации, подтверждаетсякорректным использованием современных методов математического анализа,линейнойалгебры,математическогомоделирования,методовидентификацииивычислительныхалгоритмов.Подтверждаетсяматематической строгостью всех преобразований, сравнением результатов,полученных по предлагаемому методу, с численными результатами,полученными другими методами (модифицированный метод дискретныхординат, метод Монте-Карло, метод сферических гармоник, метод конечныхразностей), а также аналитическими решениями, полученными другимиисследователями, сравнением с общепризнанными в ОДЗ алгоритмамиDISORT (NASA), SCIATRAN (ESA), Pstar (JAXA).

Достоверностьполученных результатов подтверждается также приведенными результатамикомпьютерных экспериментов, апробацией основных результатов наконференциях и семинарах, в опубликованных работах.Значимость результатов, полученных в диссертации, для науки ипрактикиНаучная значимость результатов заключается в развитии теориирешения уравнения переноса излучения в сложной среде. Разработанные наэтой основе приложения могут быть успешно использованы при расчетеоптико-электронных устройств дистанционного зондирования поверхностиЗемли и атмосферы.

Полученные решения позволяют существенно сократитьвремя расчетов спектральных характеристик измеряемого излучения, безпотерь в точности. При этом автору впервые удалось создать метод расчета,позволяющий в значительной степени снять ограничения на одновременныйучет как параметров атмосферы, так и поверхности.Практическая значимость результатов заключается в численныхоценках параметров оптико-электронных систем (ОЭС) в различныхсостояниях, приближенных к условиям реальной атмосферы:1.

Разработанные модели сигналов спутниковых ОЭС для плоскойзадачи позволяют проводить верификацию новых методов решения УПИ, какв плоской, так и в некоторых случаях для трехмерной геометрии;2. Полученное решение в квазидиффузионном приближении даетвозможность решать задачи при произвольной геометрии среды, чтопозволит учесть не только эффекты разорванной облачности, но также инеоднородности подстилающей поверхности;3.

Созданный алгоритм получения сигналов спутниковой ОЭСпозволяет проводить обработку и интерпретацию данных пассивных системОДЗ;4. Аналитическая форма полученного решения уравнения переносаизлучения допускает построение обратного оператора в аналитическойформе;5.

Аналогия между задачами переноса излучения, рассеяния частиц изадач теплопроводности, позволяет использовать все полученные результатыдля моделирования процесса переноса частиц и тепла в веществе иинтерпретации экспериментов в этих областях.Полученные результаты могут быть востребованы в различныхинститутах ИФА РАН, ИОА СО РАН, конструкторских бюро, связанных скосмической тематикой (г. Москва, г.