Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 2. С. 41-48
Сравнение двухпозиционных лидарных систем в задаче интерпретации сигнала обратного рассеяния
Г.П. Арумов
1 , А.В. Бухарин
1 1 Институт космических исследований РАН, Москва, Россия
Одобрена к печати: 21.02.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-2-41-48
Рассмотрены лидары упругого рассеяния, которые включают в себя коаксиальную схему зондирования и дополнительный приёмный канал. В оптимальной схеме угловые размеры пучка и поля зрения приёмных каналов практически одинаковы. Для таких схем геометрический форм-фактор дополнительного и основного приёмных каналов может быть измерен с помощью стандартных перфорированных экранов с монодисперсными отверстиями. Указанные экраны могут применяться для моделирования формы сигнала обратного рассеяния из однородной атмосферы без ослабления (аппаратной функции) на трассах с фиксированной дальностью. Показано, что калибровка оптимальной схемы для измерения коэффициента обратного рассеяния может проводиться как с применением стандартных рассеивающих поверхностей с известной угловой диаграммой обратного рассеяния, так и посредством отражающих сфер. Интерпретация микрофизических параметров рассеивающего слоя основана на применении модели эквивалентного слоя, состоящего из монодисперсных частиц. Индикатором эквивалентного сечения частиц внутри слоя служит угловой размер ореола вокруг пучка. Угловой размер пучка можно измерить с помощью стандартных перфорированных экранов. Угловой размер прошедшего через такой экран пучка увеличивается на заданную величину. Дистанционные измерения микроструктуры эквивалентного слоя с помощью лидаров могут быть дополнены контактными методами регистрации сигналов обратного и прямого рассеяния на отдельных частицах рассеивающей среды. Описанная методика позволяет определять концентрацию эквивалентных частиц по сигналу обратного рассеяния.
Ключевые слова: коаксиальная схема, оптимальная схема, коэффициент обратного рассеяния, калибровка лидара, эквивалентное сечение, ненормализованный момент, эквивалентная среда, концентрация, дистанционное зондирование, отражающая сфера, перфорированный экран, рассеивающий слой, геометрический форм-фактор, лидар упругого рассеяния
Полный текстСписок литературы:
- Арумов Г. П., Бухарин А. В. Сочетание локальных и лидарных методов в задаче определения микрофизических свойств рассеивающей среды // Тр. МФТИ. 2022. Т. 14. № 4. С. 133–143.
- Арумов Г. П., Бухарин А. В., Макаров В. С. Трёхмерные отражающие объекты в задаче моделирования лидарного сигнала от рассеивающего слоя // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2022. Т. 19. № 4. С. 328–334. DOI: 10.21046/2070-7401-2022-19-4-328-334.
- Arumov G. P., Bukharin A. V., Linkin V. M., Lipatov A. N., Lyash A. N., Makarov V. S., Pershin S. M., Tiurin A. V. Compact aerosol lidar for Martian atmosphere monitoring according to the NASA Mars Surveyor Program’98 // Proc. 6th Intern. Conf. Industrial Lasers and Laser Applications’98. 27–29 June 1998, Shatura, Moscow Region. 1999. V. 3688. 7 p. https://doi.org/10.1117/12.337558.
- 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. DOI: 10.1070/QEL16009.
- Chemyakin E., Burton S., Kolgotin A., Müller D., Hostetler C., Ferrare R. Retrieval of aerosol parameters from multiwavelength lidar: investigation of the underlying inverse mathematical problem // Applied Optics. 2016. V. 55. Iss. 9. P. 2188–2202. https://doi.org/10.1364/AO.55.002188.
- Measures R. M. Laser Remote Sensing: Fundamentals and Applications. Hoboken, NJ: John Wiley and Sons, 1983. 912 p.
- Mishchenko M. I. Electromagnetic scattering by nonspherical particles: A tutorial review // J. Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. 2009. V. 110. No. 11. P. 808–832. https://doi.org/10.1016/j.jqsrt.2008.12.005.
- Pershin S., Linkin V., Makarov V., Prochazka I., Hamal K. Spaceborn laser altimeter based on the single photon diode receiver and semiconductor laser transmitter // Conf. Lasers and Electro-Optics (GLEO). 12–17 May 1991, Baltimore, Maryland. 1991. Art. No. CFI1.
- Pershin S. M., Sobisevich A. L., Grishin M. Ya., Gravirov V. V., Zavozin V. A., Kuzminov V. V., Ledmev V. N., Likhodeev D. V., Makarov V. S., Myasnikov A. V., Fedorov A. N. Volcanic activity monitoring by unique LIDAR based on a diode laser // Laser Physics Letters. 2020. V. 17. No. 11. P. 115607–115613. DOI: 10.1088/1612-202X/abbedc.
- Veselovskii I., Kolgotin A., Griaznov V., Müller 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. https://doi.org/10.1364/AO.41.003685.
- Veselovskii I., Whiteman D. N., Korenskiy M., Suvorina A., Perez-Ramirez D. Use of rotational Raman measurements in multiwavelength aerosol lidar for evaluation of particle backscattering and extinction // Atmospheric Measurement Techniques. 2015. V. 8. P. 4111–4122. https://doi.org/10.5194/amt-8-4111-2015.
- Yan D., Di H., Zhao J., Wen X., Wang Y., Song Y., Hua D. Improved algorithm of aerosol particle size distribution based on remote sensing data // Applied Optics. 2019. V. 58. P. 8075–8082. https://doi.org/10.1364/AO.58.008075.