Том 31, номер 07, статья № 8

pdf Бобровников С. М., Горлов Е. В., Жарков В. И. Многоапертурная приемопередающая система лидара с узким полем зрения и минимальной мертвой зоной зондирования. // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 31. № 07. С. 551–558. DOI: 10.15372/AOO20180708.
Скопировать ссылку в буфер обмена
Аннотация:

Определены требования к приемопередающей системе СКР-лидара, предназначенного для решения задач исследования пограничного слоя атмосферы и прогнозирования опасности смогообразования. Проведен синтез оптической схемы приемопередающей системы лидара с узким полем зрения и минимальной мертвой зоной. Представлены результаты компьютерного моделирования геометрических функций лидара, полученных методом трассировки лучей для нескольких вариантов оптической схемы приемной оптической системы. Показано, что при использовании многоэлементного приемопередатчика на основе комбинации четырех приемных апертур различного диаметра может быть получен диапазон дальности зондирования лидара от 5 до 3000 м при динамическом диапазоне лидарного отклика не более 10.

Ключевые слова:

лидар, приемопередатчик, температура, атмосфера, световод

Список литературы:

1. Agishev R.R., Adolfo C. Spatial filtering efficiency of monostatic biaxial lidar: analysis and applications // Appl. Opt. 2002. V. 41. P. 7516–7521.
2. Stelmaszczyk K., Dell’Aglio M., Chudzyn´ski S., Stacewicz T., Wöste L. Analytical function for lidar geometrical compression form-factor calculations // J. Appl. Opt. 2005. V. 44, N 7. P. 1323–1331.
3. Wandinger U., Ansmann A. Experimental determination of the lidar overlap profile with Raman lidar // Appl. Opt. 2002. V. 41, N 3. P. 511–514.
4. Hu S., Wang X., Wu Y., Li C., Hu H. Geometrical form factor determination with Raman backscattering signals  //  Opt.  Lett.  2005.  V. 30  (14).  P. 1879–1881.
5. 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.
6. Кауль Б.В. Антенный комплекс для лазерного зондирования верхних слоев атмосферы // Оптика атмосф. и океана. 1992. Т. 5, № 4. С. 431–438.
7. Абрамочкин А.И., Тихомиров А.А. Оптимизация приемной системы лидара. 2. Пространственные фильтры. // Оптика атмосф. и океана. 1999. Т. 12, № 4 С. 345–356.
8. Балин Ю.С., Самохвалов И.В. Некоторые пути уменьшения динамического диапазона лидарных сигналов // Аппаратура и методики дистанционного зондирования параметров атмосферы. Новосибирск: Наука, 1979. С. 43–47.
9. А. с.  496524 CCCР, Способ оптического зондирования атмосферы / Балин Ю.С., Самохвалов И.В., Шамонаев В.С. Опубл. в БИ. 1975. Бюл. № 47.
10. Тихомиров А.А. Анализ методов и технических средств сжатия динамического диапазона лидарных сигналов // Оптика атмосф. и океана. 2000. Т. 13, № 2. С. 208–219.
11. Лидарный комплекс для контроля оптического состояния атмосферы: Пат. 116652. Россия, Балин Ю.С., Коханенко Г.П., Клемашева М.Г., Пеннер И.Э., Самойлова С.В.; Ин-т оптики атмосф. им. В.Е. Зуева СО РАН. Заявл. 17.05.2011; Опубл. 27.05.2012.
12. Balin Yu.S., Bairashin G.S., Kokhanenko G.P., Klemasheva M.G., Penner I.E., Samoilova S.V. LOSA-M2 aerosol Raman lidar // Quantum Electron. 2011. V. 41, N 10. P. 945–949.
13. Balin I., Serikov I., Bobrovnikov S., Simeonov V., Calpini B., Arshinov Y., van den Bergh H. Simultaneous measurement of atmospheric temperature, humidity, and aerosol extinction and backscatter coefficients by a combined vibrational–pure-rotational Raman lidar // Appl. Phys. B. 2004. № 79. P. 775–782.
14. Radlach M., Behrendt A., Wulfmeyer V. Scanning rotational Raman lidar at 355 nm for the measurement of tropospheric temperature fields // Atmos. Chem. Phys. 2008. V. 8. P. 159–169.
15. Arshinov Yu., Bobrovnikov S., Serikov I., Ansmann A., Wandinger U., Althausen D., Mattis I., Müller D. Daytime operation of a pure rotational Raman lidar by use of a Fabry–Perot interferometer // Appl. Opt. 2005. V. 44, N 17. P. 3593–3603.
16. Коханенко Г.П., Балин Ю.С., Клемашева М.Г., Пеннер И.Э., Самойлова С.В., Терпугова С.А., Банах В.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В., Рассказчикова Т.М., Антохин П.Н., Аршинов М.Ю., Белан Б.Д., Белан С.Б. Структура аэрозольных полей пограничного слоя атмосферы по данным аэрозольного и доплеровского лидаров в период прохождения атмосферных фронтов // Оптика атмосф. и океана. 2016. Т. 29, № 8. С. 679–688; Kokhanenko G.P., Balin Yu.S., Klemasheva M.G., Penner I.E., Samoilova S.V., Terpugova S.A., Banakh V.A., Smalikho I.N., Falits A.V., Rasskazchikova T.M., Antokhin P.N., Arshinov M.Yu., Belan B.D., Belan S.B. Structure of aerosol fields of the atmospheric boundary layer according to aerosol and Doppler lidar data during passage of atmospheric fronts // Atmos. Ocean. Opt. 2017. V. 30, N 1. P. 18–32.
17. McGrath-Spangler E.L., Molod A. Comparison of GEOS-5 AGCM planetary boundary layer depths computed with various definitions // Atmos. Chem. Phys. 2014. V. 14, P. 6717–6727.
18. McGrath-Spangler E.L., Denning A.S. Global seasonal variations of midday planetary boundary layer depth from CALIPSO space-borne LIDAR // J. Geophys. Res.: Atmos. 2013. V. 118. P. 1226–1233.
19. Seidel D.J., Ao C.O., Li K. Estimating climatological planetary boundary layer heights from radiosonde observations: Comparison of methods and uncertainty analysis // J. Geophys. Res. 2010. V. 115, N D16. P. D16113. DOI: 10.1029/2009JD013680
20. Cooney J., Pina M. Laser radar measurements of atmospheric temperature profiles by use of Raman rotational backscatter // Appl. Opt. 1976. V. 15. P. 602–603.
21. Gill R., Geller K., Farina J., Cooney J. Measurement of atmospheric temperature profiles using Raman lidar // J. Appl. Meteorol. 1979. V. 18. P. 225–227.
22. Matvienko G.G., Balin Yu.S., Bobrovnikov S.M., Romanovskii O.A., Kokhanenko G.P., Samoilova S.V., Penner I.E., Gorlov E.V., Zharkov V.I., Sadovnikov S.A., Kharchenko O.V., Yakovlev S.V., Bazhenov O.E., Burlakov V.D., Dolgii S.I., Makeev A.P., Nevzorov A.A., Nevzorov A.V. Siberian Lidar Station: instrument and results // Proc. SPIE. 2016. V. 10035. CID: 1003 59. [10035–227]. DOI: 10.1117/12.2254787.
23. Cooney J.A. Measurement of atmospheric temperature profiles by Raman backscatter // J. Appl. Meteorol. 1972. V. 11, N 1. P. 108–112.
24. Butcher R.J., Willetts D.V., Jones W.J. On the use of Fabry-Perot etalon for the determination of rotational constants of simple molecules – the pure rotational Raman spectra of oxygen and nitrogen // Proc. Roy. Soc. Lon. A. 1971. V. 324. P. 231–245.
25. Reichardt J., Wandinger U., Klein V., Mattis I., Hilber B., Begbie R. RAMSES: German Meteorological Service autonomous Raman lidar for water vapor, temperature, aerosol, and cloud measurements // Appl. Opt. 2012. V. 51. P. 8111–8131.
26. Goldsmith J., Blair F.H., Bisson S.E., Turner D.D. Turn-key Raman lidar for profiling atmospheric water vapor, clouds, and aerosols // Appl. Opt. 1998. V. 37, P. 4979–4990.
27. Sherlock V., Hauchecorne A., Lenoble J. Methodology for the independent calibration of Raman backscatter water-vapor lidar systems // Appl. Opt. 1999. V. 38. P. 5816–5837.
28. Whiteman D.N., Melfi S.H., Ferrare R.A. Raman lidar system for the measurement of water vapor and aerosols in the Earths atmosphere // Appl. Opt. 1992. V. 31. P. 3068–3082.
29. Лазерный контроль атмосферы / под ред. Э.Д. Хинкли. М.: Мир, 1979. 416 с.
30. Dinoev T., Simeonov V., Arshinov Y., Bobrovnikov S., Ristori P., Calpini B., Parlange M., van den Bergh H. Raman lidar for meteorological observations, RALMO – Part 1: Instrument description // Atmos. Meas. Tech. 2013. V. 6. P. 1329–1346.