Лаборатория распространения оптических сигналов

Руководитель - д.ф.-м.н., профессор Белов Владимир Васильевич

Область исследований

• Процессы формирования и переноса оптических сигналов и изображений в многокомпонентных стратифицированных неоднородных рассеивающих и поглощающих средах (безоблачная атмосфера, слоистая и разорванная облачность).
• Теория, методы, программно-информационные средства интерпретации искаженных рассеивающими и поглощающими средами оптических изображений и сигналов в системах видения, локации, зондирования и связи.
• Исследование процесса переноса акустического излучения в турбулентной атмосфере.

Теоретические и экспериментальные исследования процессов формирования и переноса оптических сигналов и изображений через атмосферу важны для оценки дальнодействия существующих и разрабатываемых оптико-электронных систем различного назначения и базирования (на земной поверхности, в атмосфере или вне ее).

Актуальность и интенсивность исследований в области спутникового и наземного мониторинга атмосферы и гидросферы в мире возрастают и стимулируются происходящими изменениями климата на планете. Без знания процессов, происходящих в системе «атмосфера – земная поверхность», невозможно осуществить реалистичный прогноз этих изменений и найти возможные средства снижения их негативных последствий.

Набор основных ключевых слов в публикуемых сотрудниками лаборатории статьях:
прямые и обратные задачи в теории переноса оптического и акустического излучения, метод Монте-Карло, малоугловое приближение в теории переноса излучения, стохастическая облачность, поляризация, рефракция, оптико-электронная связь, лабораторные и полевые эксперименты..

Основные результаты, полученные в лаборатории за последние годы

1. Впервые экспериментально подтвержден теоретический вывод о возможности использования рассеянного лазерного излучения в схемах мульти адресной бистатической оптико-электронной связи для передачи и приема (перехвата) информационных потоков не только по атмосферным, но водным и смешанным средам (через поверхность их разделяющую).
2. Предложена, обоснована новая модификация алгоритма двойной локальной оценки метода Монте-Карло для моделирования импульсных реакций бистатических коммуникационных каналов в рассеивающих и поглощающих средах.
3. Осуществлен учет влияния стохастических полей облачности на изображения земной поверхности, наблюдаемой через безоблачные просветы. Разработаны алгоритмы моделирования методом Монте-Карло процесса формирования изображений в этих оптико-геометрических условиях.
4. С помощью статистических численных экспериментов методом Монте-Карло выяснены условия, при которых необходим учет влияния поляризации для корректного восстановления характеристик земной поверхности при интерпретации данных ДЗЗ.
5. Решена обратная задача для спектральных измерений аэрозольного коэффициента ослабления в приземном слое атмосферы. Получены новые данные об изменчивости микроструктурных параметров аэрозоля таких как объемная концентрация, геометрическое сечение и средний радиус аэрозольных частиц с разделением на субмикронную и грубодисперсную фракции.
6. Установлено, что при восстановлении коэффициентов отражения слабо отражающих областей земной поверхности по данным пассивного спутникового зондирования в диапазоне длин волн 0,412-0,860 мкм неучет поляризации может приводить к отрицательным их значениям.
7. Обобщено понятие эффективной высоты аэрозольного слоя как отношения интегральных микроструктурных характеристик, таких как суммарное геометрическое сечение и объемная концентрация частиц субмикронной и грубодисперсной фракций во всей толще и приземном слое атмосферы.
8. Выполнены эксперименты по бистатической связи под водой и через лед для компланарных и некомпланарных схем ее организации. Эксперименты проведены в полевых условиях. Установлены эмпирические зависимости влияния некомпланарности схем бистатической связи на уровень ошибок связи и их СКО. Впервые в России осуществлены лабораторные эксперименты по связи на рассеянном лазерном излучении. Эксперименты проведены в Большой аэрозольной камере ИОА СО РАН.
9. Впервые проанализирована суточная почасовая динамика полной кинетической энергии ветра в атмосферном пограничном слое, включая компоненту средней кинетической энергии и отношение турбулентной и средней ее компонент по результатам пост детекторной обработки длинных непрерывных временных рядов вертикальных профилей средних значений и дисперсий вектора скорости ветра, измеренных минисодаром. Обнаружены слои интенсивной турбулентности и оценено ветровое воздействие на ветроэнергетические установки, высотные здания, мосты, и легкие беспилотные летательные аппараты.
10. Предложена новая технология интерпретации данных пассивного спутникового зондирования земной поверхности через безоблачную атмосферу и через просветы в облачных полях.

Информационные ресурсы

https://cosmo.iao.ru/ru - Ежедневные данные спутникового зондирования территории от Гималаев до Северного полюса, от Урала и до Байкала, и атмосферы над ней. Есть возможность работы с архивом космических снимков.

Основные публикации ЛРОС 2022 года

1. Tarasenkov M.V., Engel M.V., Zonov M.N., Belov V.V. Assessing the cloud adjacency effect on retrieval of the ground surface reflectance from MODIS satellite data for the Baikal area // Atmosphere. 2022, V.13, №12. 2054. 16p. https://doi.org/10.3390/atmos13122054. https://www.mdpi.com/2073-4433/13/12/2054.
2. Веретенников В. В. Меньщикова С. С. Внутригодовая изменчивость микроструктуры аэрозоля по данным измерений горизонтальной прозрачности атмосферы в Томске. // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 01. С. 51–62. DOI: 10.15372/AOO20220108. https://ao.iao.ru/ru/content/text?vol=35&issue=01&num=8
3. Tarasenkov M.V., Belov V.V. and Poznakharev E.S. Estimation of optimal wavelengths for atmospheric non-line-of-sight optical communication in the UV range of the spectrum in daytime and at night for baseline distances from 50 m to 50 km //Journal of the Optical Society of America A, 2022, Vol. 39, Issue 2, pp. 177-188. https://doi.org/10.1364/JOSAA.440875. https://www.osapublishing.org/josaa/abstract.cfm?uri=josaa-39-2-177#articleBody
4. Тарасенков М.В., Белов В.В., Познахарев Е.С. Статистическое моделирование характеристик канала оптической связи на рассеянном излучении с беспилотным летательным аппаратом. // Оптика атмосферы и океана. 2022. Т. 35. № 10. С. 791–798. DOI: 10.15372/AOO20221001.
5. Krasnenko N.P., Potekaev A.I., Shamanaeva L.G. Dynamics of total kinetic energy components in the atmospheric boundary layer from minisodar measurements. // Proceedings of SPIE. 2022. V.12341. CID: 12341 60. [12341-114]. https://doi.org/10.1117/12.2644736.
6. Шаманаева Л.Г., Потекаев А.И., Брюханов И.Д. Профессиональный перевод и коммуникация (Практический курс английского языка для молодого ученого-физика)/Professional Translation and Communication (A Practical Guide for a Young Scientist-Physicist). – Томск: Изд-во НТЛ, 2022. –256 с. ISBN  978–89503–654–9
7. Тарасенков М.В., Энгель М.В., Богданова А.С., Белов В.В. Программный комплекс построения вертикальных профилей оптических параметров, необходимых для выполнения атмосферной коррекции спутниковых данных в диапазоне длин волн 0.4-1.0 мкм. // Свидетельство о государственной регистрации программ для ЭВМ № 2022667057 от 14 сентября 2022 г. Правообладатель: ИОА СО РАН (RU)

Сотрудники

1. Белов Владимир Васильевич, гнс, д.ф.-м.н., профессор, тел: (3822) 492-237, E-mail: belov@iao.ru
2. Богданова Александра Сергеевна, ведущий программист, E-mail: als@iao.ru
3. Веретенников Виктор Васильевич, гнс, д.ф.-м.н., E-mail: vvv@iao.ru
4. Гриднев Юрий Владимирович, нс, E-mail: yuri@iao.ru
5. Дворникова Ирина Дмитриевна, ведущий инженер
6. Кабанова Нина Васильевна, ведущий инженер, E-mail: vasilina@iao.ru
7. Меньщикова Светлана Сергеевна, нс, E-mail: mss@iao.ru
8. Пешков Семён Алексеевич, аспирант
9. Познахарев Егор Сергеевич, нс, E-mail: 724_pes1992@iao.ru
10. Протасов Константин Константинович, ведущий инженер
11. Протасова Валентина Петровна, инженер, E-mail: pvp@iao.ru
12. Тарасенков Михаил Викторович, внс, к.ф.-м.н., E-mail: tmv@iao.ru
13. Федосов Андрей Васильевич, техник, E-mail: fean@iao.ru
14. Шаманаева Людмила Григорьевна, снс, к.ф.-м.н., E-mail: sima@iao.ru
15. Шестерикова Анна Викторовна, нс, к.ф.-м.н, E-mail: avk@iao.ru
16. Энгель Марина Владимировна, нс, к.т.н., E-mail: angel@iao.ru