Лаборатория распространения оптических сигналов
Руководитель - д.ф.-м.н. 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
- 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).
- Предложена, обоснована новая модификация алгоритма двойной локальной оценки метода Монте-Карло для моделирования импульсных реакций бистатических коммуникационных каналов в рассеивающих и поглощающих средах.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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.
- 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
- 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.
- 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
- 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
- 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.
- 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.
- 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
- 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
- Белов Владимир Васильевич, гнс, д.ф.-м.н., тел: (3822) 492-237, E-mail: belov@iao.ru
- Богданова Александра Сергеевна, ведущий программист, E-mail: als@iao.ru
- Веретенников Виктор Васильевич, гнс, д.ф.-м.н., E-mail: vvv@iao.ru
- Гриднев Юрий Владимирович, нс, E-mail: yuri@iao.ru
- Зимовая Анна Викторовна, нс, к.ф.-м.н, E-mail: avk@iao.ru
- Кабанова Нина Васильевна, ведущий инженер, E-mail: vasilina@iao.ru
- Меньщикова Светлана Сергеевна, нс, E-mail: mss@iao.ru
- Познахарев Егор Сергеевич, нс, E-mail: 724_pes1992@iao.ru
- Протасов Константин Константинович, ведущий инженер
- Протасова Валентина Петровна, инженер, E-mail: pvp@iao.ru
- Тарасенков Михаил Викторович, внс, к.ф.-м.н., E-mail: tmv@iao.ru
- Федосов Андрей Васильевич, техник, E-mail: fean@iao.ru
- Шаманаева Людмила Григорьевна, снс, к.ф.-м.н., E-mail: sima@iao.ru
- Энгель Марина Владимировна, нс, к.т.н., E-mail: angel@iao.ru