Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 3. С. 298-306
Использование специальных экранов, моделирующих рассеянное в среде излучение, для измерения эквивалентного поперечного сечения частиц
Г.П. Арумов
1 , А.В. Бухарин
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 12.05.2021
DOI: 10.21046/2070-7401-2021-18-3-298-306
Предложено три способа нахождения эквивалентного сечения рассеивающих частиц. Первый способ основан на сопоставлении угловому искажению пучка отношения ненормализованных моментов второго и первого порядков для поперечных сечений частиц. Второй способ основан на использовании 3d-экранов для измерения ненормализованных моментов первого и второго порядков методами фотометрии. Третий способ базируется на обработке цифровых изображений частиц. Отмеченные возможности позволяют создать промежуточный эквивалентный экран, состоящий из монодисперсных проводящих сферических частиц. Такой экран — рассеивающий объект, который можно сопоставить как рассеивающей среде, так и двумерному экрану, созданному по снимкам частиц. Этот экран порождает такие же базовые коэффициенты (коэффициент обратного рассеяния, коэффициент экстинкции) и угловую трансформацию пучка, как и исследуемый рассеивающий объект. Коэффициенты обратного рассеяния и экстинкции для эквивалентного экрана можно смоделировать посредством сферического сегмента и усечённого конуса. При этом геометрия указанных фигур позволяет смоделировать отношение базовых коэффициентов в широком диапазоне. Такая особенность приводит к минимизации влияния некорректной обратной задачи, поскольку для описания эквивалентной модели рассеивающего объекта требуется минимальный набор микрофизических параметров. К таким параметрам относятся эквивалентное сечение и концентрация эквивалентных рассеивающих частиц. Отмечена применимость метода для несферических частиц, сечения которых — выпуклые геометрические фигуры. Наличие сечений в виде невыпуклых фигур может давать различные значения для эквивалентного сечения, найденного по 2d- и 3d-экранам. Вместе с тем такое несоответствие может выступать индикатором наличия невыпуклых сечений в рассеивающем слое. Предложенный подход характеризуется однозначным переходом от набора лидарных данных к эквивалентному экрану и от микроструктуры рассеивающего слоя к эквивалентному экрану.
Ключевые слова: коэффициент обратного рассеяния, коэффициент экстинкции, некорректная обратная задача, ненормализованный момент, сечение, несферические частицы, эквивалентный экран, рассеивающая среда, 3d-экран, 2d-экран
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. DOI: 10.32446/0368-1025it.2017-11-22-26.
- Арумов Г. П., Бухарин А. В. Трехмерные экраны для измерения ненормализованных моментов // Измерительная техника. 2018. № 9. С. 44–48. DOI: 10.32446/0368-1025it.2018-9-44-48.
- 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.
- Градус Л. Я. Руководство по дисперсионному анализу методом микроскопии. М.: Химия, 1979. 232 с.
- 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., Arumov G. P., Blikh Yu. M., Makarov V. S., Turin A. V. Modulation of diode laser radiation for the formation of a distance-independent backscattered signal // Quantum Electronics. 2016. V. 46. No. 10. P. 877–882.
- Collis R. T. H. Lidar // Applied Optics. 1970. V. 9. No. 8. P. 1782–1788.
- Izhovkina N. I., Artekha S. N., Erokhin N. S., Mikhailovskaya L. A. Aerosol, plasma vortices and atmospheric processes // Izvestiya, Atmospheric and Oceanic Physics. 2018. V. 54. No. 11. P. 1513–1524.
- 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.