Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 1. С. 72-79
Ненормализованные моменты в задаче идентификации рассеивающих частиц по сечениям
Г.П. Арумов
1 , А.В. Бухарин
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 07.12.2018
DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-1-72-79
Предложено использовать ненормализованные моменты до 4-го порядка в качестве статистического кода источника аэрозоля. Ненормализованный момент 1-го порядка представляет собой пропускание перфорированного экрана и может быть найден по суммарному сечению частиц на снимке. Ненормализованный момент 2-го порядка может быть найден по цифровым снимкам и по угловому размеру ореола рассеяния, распространяющегося в среде пучка. Ненормализованные моменты высших порядков могут быть измерены по цифровым снимкам и с помощью 3D-экранов. Отношение ненормализованных моментов 2-го и 1-го порядка даёт эквивалентное сечение частиц. Количество сечений определяется по отношению квадрата ненормализованного момента 1-го порядка к ненормализованному моменту 2-го порядка. Это позволяет смоделировать эквивалентную среду, для которой параметры ослабления и поперечного искажения пучка такие же, как у исследуемой среды. Использование разработанного метода для распределения Пуассона, Гамма-распределения и нормального распределения приводит к тому, что указанные распределения имеют свойства, близкие по своим параметрам к монодисперсным сечениям. На примере равномерного распределения показана слабая зависимость эквивалентного сечения от ширины функции распределения изображений частиц по сечениям. Использование статистического кода позволяет моделировать угловой размер пучка в рассеивающей среде. Появляется перспектива создания зондирующей системы, настроенной на заданные оптические и геометрические параметры рассеивающей среды, что позволит увеличить точность измерения её базовых параметров (коэффициентов экстинкции и обратного рассеяния). Разработанный метод может применяться для моделирования функции распределения рассеивающих частиц по сечениям и коэффициентов пропускания и обратного рассеяния. Кроме того, статистический код может быть использован для идентификации аэрозоля от заданных источников.
Ключевые слова: ненормализованный момент, сечение, несферические частицы, перфорированный экран, рассеивающая среда, 3D-экран, статистический код
Полный текстСписок литературы:
- Арумов Г. П. Бухарин А. В. Использование ненормализованных моментов для определения статистических параметров несферических частиц по их изображениям // Измерительная техника. 2017. № 11. С. 22–26.
- Арумов Г. П., Бухарин А. В. Трёхмерные экраны для измерения ненормализованных моментов // Измерительная техника. 2018. № 9. С. 44–48.
- Арумов Г. П., Бухарин А. В., Тюрин А. В. Использование статистически неоднородных экранов в задаче калибровки лидара по параметрам изображений частиц для приземного слоя атмосферы // Измерительная техника. 2014. № 3. C. 36–40.
- Гудман Дж. Статистическая оптика. М.: Мир, 1988. 527 c.
- Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Многократное рассеяние, турбулентность, шероховатые поверхности и дистанционное зондирование. М.: Мир, 1981. Т. 2. 317 c.
- Седунов Ю. С. Атмосфера: Справочник. Л.: Гидрометеоиздат, 1991. 508 c.
- Bukharin A. V. Method for measurement of beam lateral distortions with two-position sensing schemes // Physics of Vibrations. 2001. V. 9. No. 4. P. 246–255.
- Bukharin A. V. Experimental Validation of the Scenario of the Object Microstructure Determination Using a Two-Position Lidar System: a Screen with Random Transmittance Modulation // Physics of Wave Phenomena. 2007. V. 15. No. 3. P. 191–200.
- Bukharin A. V. Boundary Diffraction Waves and the Effective Size of the Inhomogeneities of the Scattering Object // Physics of Wave Phenomena. 2010. V. 18. No. 1. P. 23–26.
- Collis R. T. H. Lidar // Applied Optics. 1970. V. 9. No. 8. P. 1782–1788.
- Glenn K. Y. Retrieval of stratospheric aerosol size distributions and integral properties from simulated lidar backscatter measurements // Applied Optics. 2000. V. 39. No. 30. P. 5446–5455.
- Paramesvaran K., Rose K. O., Krishna Murthy B. V. Relationship between backscattering and extinction coefficients of aerosols with application to turbid atmosphere // Applied Optics. 1991. V. 30. No. 21. P. 3059–3071.
- Sassen K., Dodd G. C. Lidar crossover function and misalignment effects // Applied Optics. 1982. V. 21. No. 17. P. 3162–3165.
- Veslovskii I., Kolgotin A., Griaznov V., Muller D., Wandinger U., Whiteman D. N. Inversion with regularization for the retrieval of tropospheric aerosol parameters from multiwavelength lidar sounding // Applied Optics. 2002. V. 41. No. 18. P 3685–3699.