168746 (599216), страница 13

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 13)

3.9.2 Лідар на основі реєстрації диференційного поглинання

Метод ґрунтується на реалізації істотної залежності коефіцієнта об’ємної екстинкції від довжини світлості хвилі. В основу роботи диференційного лідара покладено принцип опромінювання об’єкта, що контролюється, світлом із різними довжинами хвиль. Випромінювання з однією довжиною хвилі , що збігається з лінією поглинання об’єкта (газу чи забруднення), поглинається об’єктом, тоді як випромінювання з іншою довжиною хвилі , далекою від лінії поглинання, набуває пружного розсіювання (рис. 3.18). Критерієм оцінки забруднення атмосфери є відношення сигналів, що реєструються на обох довжинах хвиль. Лідар такого типу отримав в англомовній літературі назву DIAL (Differential Absorption Lidar) або DAS (Differential Absorption and Scattering).

Рис. 3.18. Принцип дії лідара на основі реєстрації диференційного поглинання

Мінімальна концентрація газу чи забруднювача, що вимірюється методом реєстрації диференційного поглинання, визначається за виразом:

(3.15)

де - переріз диференційного поглинання, а величина описується рівнянням:

(3.16)

Для практичних обчислень залежно від того, в яких одиницях вимірюється концентрація використовуються наступні вирази:

(3.17)

(3.18)

(3.19)

В останньому виразі називають коефіцієнтом диференційного поглинання який можна пов’язати з (см²) виразом:

(3.20)

де см^-3*атм^-1 – густина молекул в атмосфері на рівні моря при температурі 0 ⁰С, або:

(3.21)

Приклад 3.6

Визначити мінімальну концентрацію молекул , якщо а м. Коефіцієнт диференційного поглинання становить см^-1*атм^-1.

Розв’язок

Підставимо числові дані у вираз (3.19):

Контрольне завдання № 3.4

Визначити коефіцієнт диференційного поглинання (см^-1*атм^-1) озоном випромінювання з довжиною хвилі 0,29 мкм, якщо км і млн.^-1*атм^-1.

Відповідь: 12,5 см^-1*атм^-1.

3.9.3 Допплерівський лідар

Суть ефекту Допплера полягає в тому, що при опромінюванні об’єкта, який рухається із швидкістю , світлом певної довжини хвилі відбувається розсіювання світла, причому частота (довжина хвилі) розсіяного світла залежить від швидкості руху об’єкта. Допплерівський зсув частоти світла залежить від кута розсіювання світла об’єктом, швидкості руху об’єкта та від кута між напрямком швидкості й напрямком поширення світла.

Допплерівський зсув частоти світла визначають за виразом:

(3.22)

Приклад 3.7

Визначити швидкість руху частинок аерозолю під впливом вітру таких параметрів допплерівського розсіювання: Гц, Гц, ,

Розв’язок

Використовуючи формулу (3.22), отримуємо:

Контрольне завдання № 3.5

Визначити величину допплерівського зсуву, що реєструється при опромінюванні краплин дощу, для таких параметрів: нм, , , м*с^-1.

Відповідь: 9,4*10⁶ Гц.

3.9.4 Лідар на основі реєстрації флуоресценції

Багато компонентів атмосфери демонструють здатність флуоресціювати. Методи флуоресцентного лазерного зондування надто чутливі через малі тиски атмосфери, при яких відсутні зіткнення молекул, що гасять флуоресценцію.

3.9.5 Лідар на основі реєстрації комбінаційного розсіювання

Якщо розсіювання світла речовиною супроводжується помітною зміною частоти світла, що розсіюється, то його називають комбінаційним (або романівським). Цей тип розсіювання оптичного випромінювання містить втрату або одержання кванта коливальної енергії молекулою. Йдеться про непружне світлове розсіювання, коли фотон, що падає, має енергію значно більшу, ніж енергія, яку коливальний квант втрачає за збудження молекули; залишок енергії розсіюється як фотон зі зменшеною частотою. Перевагою методу є те, що спектральні комбінаційні зсуви специфічні для кожної молекули; інтенсивність кожної лінії пропорційна концентрації кожного компонента; вузькі спектральні лінії та комбінаційні зсуви обмежують вплив прямого та розсіяного випромінювання; метод характеризується просторовим і часовим розподіленням. Недолік: малий поперечник розсіювання, що потребує використання потужних лазерів та складних колімаційних систем.

3.9.6 Застосування дистанційного зондування

Реєстрація випромінювання дає можливість за допомогою оцінки рівня його послаблення визначати вологість ґрунту, наявність або кількість снігу на поверхні. Недолік: обмежене просторове розділення та можливість вимірювань лише на невеликих висотах польоту авіаносія.

Фотографічні та відеографічні системи застосовують для визначення типів структури ґрунтів, аналізу стану рослинних покривів, спостереження за дренажними системами, оцінки характеру морських поверхонь. Завдяки використанню фотографічних систем можна отримати інформацію щодо просторового розподілу седиментів, характеру ерозійних процесів, викиду забруднень та стічних вод з труб.

Багатоспектральні сканери використовують для аналізу земної поверхні, рослинних покривів, картографії, визначення вологості ґрунту, оцінок рослинної біомаси, снігових покривів, непрохідних просторів, кольору океану.

Теплові сенсори знаходять застосування при визначенні рівня теплового забруднення водойм, оцінок розмірів, температури рослинних покривів та впливу на них зовнішніх факторів, вологості ґрунту, теплових аномалій, температури та стану поверхні водойм, морських течій, льодових та снігових масивів, вулканічної діяльності, дренажних структур, термічних індустріальних викидів. Широкого застосування набула техніка дистанційного зондування теплового ІЧ випромінювання для аналізу ландшафтних екологічних процесів – вимірювання випаровування, еватранспірації та вологості ґрунту, вивчення характеристик теплового балансу та теплових потоків, оцінки теплообміну між лісовими масивами.

Надвисокочастотні (НВЧ) локатори дають можливість вимірювати характеристики ґрунтів (нерівність, структуру, вологість), рослинних покривів та опадів, оцінювати водні ресурси, стан морської поверхні, прогнозувати наближення цунамі, визначати типи та розміри льодових масивів, аналізувати характер упаковки снігу. Прикладами застосування РЛС техніки є дистанційне спостереження за блискавкою (рис. 3.19) та дистанційний контроль за повенями (рис. 3.20).

Лазерні системи використовують для дистанційного зондування атмосфери, зокрема визначення висоти хмар, дослідження структури й властивостей хмар, вимірювання параметрів вітру, вимірювання вологості й температури повітря, оцінки опадів. Лазерні системи, встановлені на борту авіаносія чи супутника, здатні проводити топографічні вимірювання на земній поверхні, оцінювати рослинні покриви, водяні потоки, ерозійні процеси.

Лазерний диференційний лідар застосовують для дослідження розподілу забруднень над промисловими підприємствами, визначення озону.

Допплерівський лідар використовують для вимірювання параметрів вітру та опадів.

Рис. 3.19. Дистанційне спостереження за блискавкою за допомогою радіолокатора

Рис. 3.20. Дистанційне спостереження за повенями за допомогою радіолокатора

Лідар на основі комбінаційного розсіювання може бути застосований для визначення наявності та кількісної оцінки атмосферних молекул (Н₂О_, SO₂, CO₂, CO, NO, C₂H₄ та ін.). Слід також відзначити можливість дослідження об’єктів, що знаходяться у рідкому стані або містять у собі воду; за допомогою методів спектроскопії комбінаційного розсіювання вимірювати температури поверхні водойм.

IV. ПИТАННЯ ДЛЯ КОНТРОЛЮ ЗНАНЬ

4.1 Питання з розділу І

Що вивчає науковий напрямок “космоекологія”?

Дайте визначення поняттю “моніторинг” та наведіть його ієрархічні рівні.

Чому провідна роль в реалізації аерокосмічного моніторингу має належати знімкам, що виконуються в оптичному діапазоні спектру?

Якими можуть бути науково-дослідні КА за призначенням?

Які науково-дослідні КА відносять до пілотованих?

Які науково-дослідні КА відносять до автоматичних?

Як класифікують супутники зв’язку за принципом роботи?

Наведіть види пасивних штучних супутників зв’язку.

Визначте основні напрямки створення орбітальних супутникових систем зв’язку.

Для чого призначені метеосупутники?

Для чого здійснюють нефаналіз хмарності?

Які системи з використанням супутників використовують для глобального прогнозування та регіонального аналізу?

Зобразіть та прокоментуйте роботу блок-схеми централізованої системи метеоспостережень з використанням ШСЗ.

Зобразіть, прокоментуйте та порівняйте з централізованою роботу блок-схеми автономної системи метеоспостережень з використанням ШСЗ.

Як відшукати в першому наближенні швидкість прецесії висхідного вузла орбіти?

Яким може бути кут нахилу сонясно-синхронної орбіти?

Які орбіти найбільш придатні для фіксування швидкоплинних атмосферних явищ (вихорових шквалів, грозових областей тощо)?

Як можна оцінити зону єфективного зв’язку зіз ШСЗ?

Наведіть формулу для визначення частоти проходження ШСЗ повз зону ефективного зв’язку.

Які способи визначення місцеположення об’єкта ви знаєте?

Зобразіть та прокоментуйте схему побудови навігаційної системи з використанням ШСЗ.

Для чого призначені геодезичні ШСЗ?

Поясніть призначення високоточних фототеодолітних установок.

У яких системах використовуються радіолокаційні вимірювання дальності?

Які орбіти є найоптимальнішими для геодезичних ШСЗ?

Назвіть області використання КА для розвідки земних ресурсів.

Які орбіти є найоптимальнішими для природоресурсних супутників?

Проаналізуйте схему еволюції КА для дослідження природних ресурсів Землі.

Характеристики

Список файлов книги