Информация о ходе выполнения проекта № 075-15-2022-1209
Разработка лидарной системы для исследования динамики и контроля газового состава атмосферы
В ходе выполнения проекта по Соглашению о предоставлении из федерального бюджета гранта в форме субсидии от 02.10.2022 № 075-15-2022-1209 (внутренний номер № 13.2251.21.0156) на этапе № 1 в период с 02.10.2022 г. по 31.12.2022 г. выполнялись следующие работы:
1. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ Р 15.011-96, показывающие современное состояние исследований по тематике проекта. Проведены анализ патентно-лицензионной ситуации в исследуемой области техники, анализ технического уровня разработок в исследуемой области техники, анализ тенденций и прогноз развития исследуемой области техники.
2. Исследованы различные наборы сечений (пропускания) поглощения газов (H
2O, CO
2, CH
4) в ИК-диапазоне спектра и отобраны наиболее пригодные информативные линии (длины волн) зондирования исследуемых целевых газов для их идентификации лидарным методом. Выполнено исследование влияния использования различного набора сечений поглощения озона (O
3) в УФ-диапазоне для их идентификации лидарным методом. Для восстановления профилей концентрации озона выбраны данные Горшелева и Сердюченко.
3. Исследованы выходные (амплитудно-временные, пространственные, спектральные) характеристики УФ-, ИК-источников лазерного излучения, входящих в состав передающей части разработанных и модернизируемых в ИОА СО РАН стационарных и мобильных лидарных систем газоанализа атмосферы.
4. Проведен расчёт обратно рассеянного лидарного сигнала при зондировании H
2O, CO
2, CH
4, O
3, с учетом искажающих факторов спектров поглощения малых газовых составляющих в открытой атмосфере.
5. Приведено описание методических аспектов лидарного мониторинга озона (O
3), водяного пара (H
2O), углекислого газа (CO
2), метана (CH
4). Для восстановления профилей озона используется МДП с учетом температурной и аэрозольной коррекций. Для восстановления профилей водяного пара, углекислого газа, метана (CH
4) используется как лидарный/трассовый МДП, так и методология лазерной диодной абсорбционной спектроскопии.
6. Разработан алгоритм и на его основе создана программа для обработки данных лидарного мониторинга парниковых газов в атмосфере (H
2O, CO
2, CH
4). Алгоритм включает такие функции как: настройка входных параметров для расчётов; загрузка априорно рассчитанных сечений поглощения; фильтрация и загрузка зарегистрированных лидарных сигналов; предварительная обработка лидарных сигналов; восстановление концентраций парниковых; отображение восстановленных концентраций парниковых газов; запись данных восстановления в файл. Результат работы программы представляет собой временной ход концентраций исследуемых парниковых газов. Разработан алгоритм и на его основе создана программа для обработки данных лидарного мониторинга экспериментального образца мобильного лидара для мониторинга O
3 в тропосфере-стратосфере. В состав алгоритма входят следующие функции: настройка параметров; инициализация данных и загрузка эхо-сигналов из файлов; выбор сечений поглощений; восстановление профилей концентрации озона; аэрозольная коррекция; температурная коррекция сечений поглощения; графическое отображение профилей концентрации O
3 на экран монитора; запись данных восстановления в файл. Результат работы программы представляет собой восстановленный профиль, записанный в файл. В алгоритме предусмотрен визуальный контроль загруженных эхо-сигналов и восстановленных профилей концентрации O
3.
7. Разработана конструкторская документация для создания экспериментального образца мобильного лидара для мониторинга парниковых газов в атмосфере (H
2O, CO
2, CH
4).
8. Разработана конструкторская документация для создания экспериментального образца мобильного лидара для мониторинга O
3 в тропосфере-стратосфере.
9. Проведен анализ эффективности детектирования скорости и направления ветра когерентным доплеровским лидаром.
10. Сформулированы основные требования к техническим параметрам когерентного доплеровского лидара.
11. Сформирован облик, состав и архитектура когерентной доплеровской лидарной системы.
12. Представлен аннотационный отчет, в котором отражен перечень работ за счет средств Иностранного партнера, включающий следующий разделы: разработка средств технологического контроля дефектной структуры и подповерхностного трещиноватого слоя методами когерентной оптики; определение физических механизмов, приводящих к инициированию оптического пробоя поверхности монокристаллов ZGP, KTP, YAG, YAP при воздействии импульсного наносекундного излучения ближнего и среднего ИК диапазона.
При этом были получены следующие результаты:
- Отчет о патентных исследованиях;
- Результаты расчетов спектров (пропускания) поглощения газов (H2O, CO2, CH4, O3) в УФ- и ИК-диапазоне для последующей их идентификации лидарным методом;
- Оптимальные выходные характеристики УФ-, ИК-источников лазерного излучения разрабатываемых стационарных и мобильных лидарных систем ИОА СО РАН для газоанализа атмосферы;
- Результаты расчета обратно рассеянного лидарного сигнала, с учетом искажающих факторов спектров поглощения газовых компонент в открытой атмосфере;
- Методические аспекты лидарного мониторинга газовых примесей;
- Алгоритмы и пакет программ для обработки данных лидарного газоанализа и последующего решения обратной задачи зондирования;
- Конструкторская документация для создания экспериментального образца мобильного лидара для мониторинга парниковых газов в атмосфере (H2O, CO2, CH4);
- Конструкторская документация для создания экспериментального образца мобильного лидара для дистанционного детектирования O3;
- Результаты анализа эффективности детектирования скорости и направления ветра когерентным доплеровским лидаром;
- Требования к техническим параметрам когерентного доплеровского лидара;
- Облик, состав и архитектура лидарной системы, обеспечивающей измерение скорости ветра в верхней полусфере в приземном слое атмосферы для прогнозирования распространения газовых примесей.
- Результаты разработки средств технологического контроля дефектной структуры и подповерхностного трещиноватого слоя методами когерентной оптики;
- Результаты определения физических механизмов, приводящих к инициированию оптического пробоя поверхности монокристаллов ZGP, KTP, YAG, YAP при воздействии импульсного наносекундного излучения ближнего и среднего ИК диапазона.
Таким образом, все запланированные на этапе 1 проекта задачи выполнены, а полученные результаты соответствуют Плану работ научного исследования.