Журнал «Оптика атмосферы и океана»

Том 31, номер 01, статья № 7

Разенков И. А. Турбулентный лидар. I. Конструкция. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 01. С. 41–48. DOI: 10.15372/AOO20180107. PDF
Скопировать ссылку в буфер обмена

Аннотация:

Созданы две модификации лазерной локационной системы, работа которой основана на эффекте усиления обратного рассеяния. Система предназначена для дистанционного измерения интенсивности «оптической» турбулентности. Турбулентный микроимпульсный аэрозольный лидар имеет два приемных канала, один из которых регистрирует повышение эхосигнала на оси лазерного пучка, когда интенсивность атмосферной турбулентности растет. Второй приемный канал на усиление обратного рассеяния не реагирует и нужен для калибровки. Эффект усиления проявляется в узкой области пространства вокруг оси лазерного пучка, поэтому апертура приемника должна быть небольшой и сравнимой с зоной Френеля. Создание турбулентного лидара стало возможным благодаря появлению компактных микроимпульсных лазеров с диодной накачкой с высокой частотой следования импульсов. Лидар позволяет осуществлять непрерывные продолжительные наблюдения в автоматическом режиме. Важно, что система безопасна для глаз. Предложено две схемы создания турбулентного лидара на основе афокального телескопа Мерсена (зеркальный коллиматор). Приводится описание турбулентных лидаров УОР-2 и УОР-3. На основе приближения Воробьева для статистически однородной турбулентной среды предложен алгоритм обращения лидарных данных в структурную постоянную «оптической» турбулентности C_n².

Ключевые слова:

атмосферная турбулентность, усиление обратного рассеяния, лидар

Список литературы:

1. Виноградов А.Г., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Эффект усиления обратного рассеяния на телах, помещенных в среду со случайными неоднородностями // Изв. вузов. Радиофиз. 1973. Т. 16, № 7. С. 1064–1070.
2. Виноградов А.Г., Гурвич А.С., Кашкаров С.С., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Закономерность увеличения обратного рассеяния волн. Свидетельство на открытие № 359. Приоритет открытия: 25 августа 1972 г. в части теоретического обоснования и 12 августа 1976 г. в части экспериментального доказательства закономерности. Государственный реестр открытий СССР // Бюл. изобретений. 1989. № 21.
3. Банах В.А., Смалихо И.Н. Определение интенсивности оптической турбулентности по обратному атмосферному рассеянию лазерного излучения // Оптика атмосф. и океана. 2011. Т. 24, № 4. С. 300–307; Banakh V.A., Smalikho I.N. Determination of optical turbulence intensity by atmospheric backscattering of laser radiation // Atmos. Ocean. Opt. 2011. V. 24, N 5. P. 457–465.
4. Смалихо И.Н. Расчет коэффициента усиления обратного рассеяния лазерного излучения, распространяющегося в турбулентной атмосфере, с использованием численного моделирования // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 9. С. 796–800; Smalikho I.N. Calculation of the backscatter amplification coefficient of laser radiation propagating in a turbulent atmosphere using numerical simulation // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 2. P. 135–139.
5. Банах В.А. Усиление средней мощности обратно рассеянного в атмосфере излучения в режиме сильной оптической турбулентности // Оптика атмосф. и океана. 2012. Т. 25, № 10. С. 857–862; Banakh V.A. Enhancement of the laser return mean power at the strong optical scintillation regime in a turbulent atmosphere // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 2. P. 90–95.
6. Воробьев В.В., Виноградов А.Г. Влияние фоновой турбулентности в лидарных исследованиях турбулентности ясного неба // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 12. С. 1015–1022; Vorob’ev V.V., Vinogradov A.G. Effect of background turbulence in lidar investigations of clear air turbulence // Atmos. Ocean. Opt. 2014. V. 27, N 2. P. 134–141.
7. Воробьев В.В. О применимости асимптотических формул восстановления параметров «оптической» турбулентности из данных импульсного лидарного зондирования. I. Уравнения // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 10. С. 870–875.; Vorob’ev V.V. On the applicability of asymptotic formulas of retrieving “optical” turbulence parameters from pulse lidar soun-ding data: I – Equations // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 2. P. 156–161.
8. Гурвич А.С. Лидарное зондирование турбулентности на основе эффекта усиления обратного рассеяния // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2012. Т. 48, № 6. С. 655–665.
9. Гурвич А.С. Лидарное позиционирование областей повышенной турбулентности ясного неба // Изв. РАН. Физ. атмосф. и океана. 2014. Т. 50, № 2. С. 166–174.
10. Лидар: Пат. № 116245. Россия, МПК, G01S 17/88. Гурвич А.С.; Ин-т физ. атмосф. им. А.М. Обухова РАН. N 2011150933/28; Заявл. 15.12.2011; Опубл. 20.05.2012. Бюл. № 14.
11. Устройство для регистрации усиления обратного рассеяния в атмосфере: Пат. 153460. Россия, МПК, G01S 17/95. Разенков И.А., Банах В.А., Надеев А.И.; Ин-т оптики атмосф. им. В.Е. Зуева СО РАН. № 2014149551/ 28; Заявл. 10.12.2014; Опубл. 20.07.2015. Бюл. № 20.
12. Разенков И.А. Аэрозольный лидар для непрерывных атмосферных наблюдений // Оптика атмосф. и океана. 2013. Т. 26, № 1. С. 52–63; Rasenkov I.A. Aerosol lidar for continuous atmospheric monitoring // Atmos. Ocean. Opt. 2013. V. 26, N 4. P. 308–319.
13. Банах В.А., Разенков И.А., Смалихо И.Н. Аэрозольный лидар для исследования усиления обратного атмосферного рассеяния. I. Компьютерное моделирование // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 1. С. 5–11.
14. Banakh V.A., Razenkov I.A., Smalikho I.N. Laser echo signal amplification in a turbulent atmosphere // Appl. Opt. 2015. V. 54, N 24. P. 7301–7307.
15. Банах В.А., Разенков И.А. Аэрозольный лидар для исследования усиления обратного атмосферного рассеяния. II. Конструкция и эксперимент // Оптика атмосф. и океана. 2015. Т. 28, № 2. С. 113–119.
16. URL: http://www.zemax.com (last access: 11.04.2017).