Диссертация (1090700), страница 16
Текст из файла (страница 16)
По результатам моделирования, приотношении сигнал/шум на входе АЦП менее 10 дБ и FД = 50 МГц возможно получить пространственное разрешение, позволяющее различить детали профиляизмеряемой величины по расстоянию в таких шлейфах.– Наличие в предложенных методах обработки лидарных сигналов внутрипериодной обработки позволяет получить выигрыш в отношении сигнал/шумна каждой из промежуточных стадий расчёта и, как следствие, добиться снижения погрешности восстановления.– При восстановлении профиля коэффициента ослабления аэрозоля целесообразно применять фильтрацию при внутри- и межпериодной обработке. Привосстановлении профиля относительной объёмной концентрации АХОВ из-занизкого отношения сигнал/шум при внутрипериодной обработке целесообразнопроводить улучшенную фильтрацию.89ГЛАВА 5.
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ5.1. Сведения о системе «АСДМ-Лидар» и входящих в неё комплексахРезультаты диссертации 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.
Автоматизированная система состоит из 2 стационарных постов (СП) и мобильного лидарного комплекса [2]. В каждый СП входят:лидар кругового обзора (ЛКО); телевизионная система кругового обзора, работающая в оптическом диапазоне; тепловизионная система кругового обзора;система связи с Главным управлением по гражданской обороне и чрезвычайным ситуациям (ГУ МЧС России по г. Москве), включающая в себя передачувидео, звуковой и цифровой информации в обе стороны.ЛКО предназначен для точного определения координат возникшей нештатной ситуации, привязки аварийного выброса к цифровой карте города, определения коэффициента ослабления аэрозоля, определения ветрового сносааэрозольного облака.
ЛКО включает в себя (рисунок 5.1):–оптическую систему наведения (ОСН), содержащую оптические пано-рамные зеркала (азимутальное и угломестное) и механический блок, содержащий приводы и датчики положения зеркал;–оптический передатчик – Nd:YAG-лазер (АИГ) с длиной волны 532 нм.–оптический передающий тракт, в который входят оптические элементы,преобразующие и передающие лазерное излучение от лазера к ОСН;–блок запуска передатчиков лазерного излучения (синхронизатор);–оптический приёмный канал, в состав которого входят телескоп и спек-тральная оптика, фильтрующая оптический сигнал от помех;–блок ФП, включающий в себя фотоэлектронные умножители (ФЭУ) и ме-ханические устройства их переключения;90–система телевизионного визирования направления лидарного зондирова-ния, состоящая из визиров широкого (20˚ − 30˚) и узкого (2˚ − 3˚) полей зрения;–аппаратура обработки лидарного сигнала (АОЛС), которая преобразуетсигнал от фотоприёмников в цифровую форму;–вычислительный управляющий комплекс (ВУК) – проводит обработкулидарного сигнала и выдаёт выходную информацию на монитор ПК оператора;–канал связи с Центром управления в кризисных ситуациях (ЦУКС).Рисунок 5.1.
– Структурная схема ЛКО.ЛКО обеспечивает контроль выбросов в приземном воздушном слое в радиусе до 10 км. ЛКО измеряет азимут, угол места и расстояние до аварийноговыброса. Измерения уровня аэрозольного ослабления лежат в диапазоне (1 ÷60) α0, α0 = 10-4 м-1 отвечает условию чистой городской атмосферы.Мобильный комплекс дистанционного мониторинга (МКДМ) предназначен для дистанционного контроля газодымовых выбросов в атмосферу, сопровождающих ЧС, и определения их параметров: координат, профиля относительной объёмной концентрации АХОВ и направления их сноса выбросов дляпоследующего прогноза развития неблагоприятной экологической обстановки91вдоль пути их переноса [А9, А12].В состав МКДМ, структурная схема которого показана на рисунке 5.2,входят следующие функциональные устройства:1.
Лидарный комплекс (ЛК), включающий:− аэрозольный канал (АК) − для мониторинга аварийных выбросов аэрозоля;− газоаналитический канал (АГК) − для лидарного контроля выбросов АХОВ;− Фурье-спектрометр (ФС) – для пассивного контроля выбросов АХОВ;− видеотелевизионный визир (ВТВ) − для прицеливания и визуального контроля зоны зондирования.2. Оптическая система наведения (ОСН), включающая:− аппаратуру формирования зондирующего лазерного излучения для обзора(сканирования) пространств над зоной ЧС;− систему управления угломестным и азимутальным приводами.3.
Тепло-телевизионный комплекс (ТТК), включающий:− телевизионную аппаратуру высокого разрешения;− тепловизионную аппаратуру;− скоростное устройство позиционирования.4. Бортовой вычислительный комплекс (БВК).5. Канал связи и навигации.6. Аппаратура жизнеобеспечения и системы автономного электропитания кузова-контейнера (КК).Рисунок 5.2 – Структурная схема МКДМ.92Аппаратура МКДМ конструктивно выполнена в виде кузова-контейнера,смонтированного на шасси автомобильного носителя КАМАЗ. Фотографии автомобиля КАМАЗ с кузовом-контейнером, а также оборудования, расположенного в аппаратурном отсеке, показаны на рисунке 5.3.а)б)в)г)Рисунок 5.3.
Внешний вид МКДМ (а), ЛК (б), ФС (в), АРМ (г)Структурная схема приёмо-передающего модуля ЛК МКДМ показана нарисунке 5.4. Зондирующий импульс заданной мощности и частоты генерируется в трёхканальной лазерной системе, формируется приемо-передающим квантово-оптическим модулем (ППКОМ) и излучается в атмосферу.
Направлениеизлучения задаёт ОСН, управляемая с ПК-1, входящего в состав БВК. Наведение на объект осуществляется с помощью ВТВ, пульта управления (VAC 70) имонитора 1. Рассеянное излучение принимается телескопической системойППКОМ и через приёмно-регистрирующую систему (ПРС) посылается в зависимости от длины волны на соответствующие ФЭУ.93Рисунок 5.4 – Структурная схема приёмо-передающего модуля ЛК МКДМ.Усиленный лидарный сигнал через буферный усилитель поступает навходы двухканальных АЦП 1 и АЦП 2. Блок питания и синхронизации (БПС)подаёт питание и осуществляет управление работой ФЭУ, открывая нужныйФЭУ в соответствующий момент времени и управляя коэффициентом усиления. Оператор МКДМ управляет режимами работы ЛК с помощью ПК-1.В МКДМ используется трёхканальная лазерная система, построенная наоснове Ti:Sph-лазера и генерирующая излучение в диапазонах длин волн: 215 ÷240 нм, 265 ÷ 320 нм и 350 ÷ 490 нм.
Измерение содержания аэрозоля ведётсяна длинах волн 532 нм и 355 нм. Частота следования импульсов программноустанавливается в пределах (1 ÷ 20) Гц. Точность измерения концентрацийАХОВ (Сl2, О3, NO2) составляет 25% в диапазоне от 3 до 50 ПДКРЗ.В соответствии с предназначением лидарного комплекса реализованы следующие режимы его работы:– «Аэрозоль»;– «Хлор М (малые концентрации)»; «Хлор Б (большие концентрации)»;– «Диоксид азота»;– «Озон».Характеристика каждого режима представлена в таблице 5.1.94Таблица 5.1.Режимыработы Длина волны λ1,МКДМ«Аэрозоль»532 нм (3 гармоника Nd:YAG)«Хлор М» (малые 355 нмконцентрации)(3 гарм Nd:YAG)«Хлор Б» (боль- 375 нмшиеконцентра- (2 гарм Ti:Sph)ции)«Диоксид азота» 397,7 нм(NO2)(2 гарм Ti:Sph)«Озон» (О3)282,4 нм(3 гарм Ni:Sph)№Длина волны λ2,ФЭУ2355 нм (3 гармоника Nd:YAG)1397,0 нм(2 Ti:Sph)3397,0 нм(2 гарм Ti:Sph)43397,7 нм(2 гарм Ti:Sph)286,3 нм(3 гарм Ti:Sph)№ФЭУ14443Характеристика входных фильтров ФЭУ представлена в таблице 5.2.Таблица 5.2.Номер фильтра, ФЭУ № ,АЦПДлина волнынастройкифильтра, λ нмШирина полосы пропускания фильтра∆λ, нм№1,ФЭУ 1АЦП 1№2,ФЭУ 2АЦП 2№3,ФЭУ 3АЦП 3№4,ФЭУ 3АЦП 3355532282,4/286,3 375397,0/397,711551№5,ФЭУ 4АЦП 4Ширина полосы пропускания ∆λ входных фильтров для различных каналов приемной системы показана по уровню 0,5.
Фильтры №3 и №4 перед ФЭУ3 переключаются вручную в зависимости от режима измерений лидарного комплекса.5.2. Работа программы обработки лидарного сигналаВ состав как ВУК ЛКО, так и БВК МКДМ входит ПМО, осуществляющеезадачу обработки лидарного сигнала по методам, представленным в разделе 4.4.ПМО состоит из двух подпрограмм, одна из которых предназначена для обра-95ботки при расчёте профиля относительной объёмной концентрации АХОВ, адругая – для обработки при расчёте профиля коэффициента ослабления аэрозоля. Функциональная схема работы ПМО приведена на рисунке 5.5.Рисунок 5.5 – Структура программы обработки лидарных сигналов.На ПМО поступают данные от 4-х АЦП лидарного канала, считанных необходимым образом в АРМ, а также информация о режиме работы (в случаеМКДМ).
В качестве других входных параметров используется количество лидарных сигналов, необходимых для усреднения, и дальность зондирования. Параметры лидарного сигнала, обусловленные аппаратурой приёмо-передающейоптики и аналогового тракта, представлены константой, считываемой во времявыполнения программы. В МКДМ в зависимости от режима работы происходиткоммутация данных от АЦП, и соответствующие данные направляются наАРМ. Подпрограммы аэрозольной и ДПР-обработки работают согласно блоксхемам, представленным в разделе 4.4.
Подпрограмма вычисления значенияфона вычисляет величину постоянного напряжения, эквивалентного фоновому96излучению солнца и необходимую для коррекции (см. раздел 4.1). В МКДМ врежиме работы “Аэрозоль” на модуль вычисления фона отправляются выборкисигнала с длиной волны λOFF (см. таблицу 5.2), в других режимах – с АЦП3 илиАЦП4. Количество записей сигналов с АЦП, снимающих фоновое излучение,всегда равно числу сигналов для усреднения. После вычисления результаты обработки – измеренные профили – подаются в графическом виде на экран АРМ.При этом возможно просматривать не только результаты измерений, но и усреднённые входные сигналы на длинах волн λON и λOFF, а также усреднённуювыборку напряжения, снятого при коррекции на фоновое излучение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
