izmertechИзмерительная техникаIzmeritel`naya Tekhnika0368-10252949-5237ФГУП "ВНИИФТРИ"10.32446/0368-1025it.2022-1-30-34izmertech-1529Research ArticleОПТИКО-ФИЗИЧЕСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯOPTICOPHYSICAL MEASUREMENTSВлияние пропускания атмосферы на точность лидарного измерения мощности рассеяния Ми частицами аэрозоляAtmospheric transmission influence on the accuracy of lidar measurements of the Mie scattering power by aerosol particlesПриваловВ. Е.PrivalovV. E.

Вадим Евгеньевич Привалов

Санкт-Петербург

Vadim E. Privalov

St. Petersburg

vaevpriv@yandex.ruЧербачиЮ. В.CherbachiY. V.

Юлия Владимировна Черебачи

Новороссийск

Yuliya V. Cherbachi

Novorossiysk

ycherbachi@bk.ruШеманинВ. Г.ShemaninV. G.

Валерий Геннадьевич Шеманин

Новороссийск

Valery G. Shemanin

Novorossiysk

vshemanin@mail.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationБелгородский государственный технологический университет им. В. Г. ШуховаРоссияV. G. Shukhov Belgorod State Technological UniversityRussian FederationБелгородский государственный технологический университет им. В. Г. Шухова; Новороссийский политехнический институт (филиал) Кубанского государственного технологического университетаРоссияV. G. Shukhov Belgorod State Technological University; Novorossiysk Polytechnic Institute (branch) of Kuban State Technological UniversityRussian Federation202218042023013034Copyright © ФГУП "ВНИИФТРИ", 20232023ФГУП "ВНИИФТРИ"ФГУП "ВНИИФТРИ"https://www.izmt.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.izmt.ru/jour/article/view/1529

Рассмотрена актуальная проблема повышения точности лидарных измерений. Для моностатического аэрозольного лидара на выбранных длинах волн лазерного излучения оценена степень влияния пропускания атмосферы на погрешность лидарного сигнала. Выполнено численное моделирование лидарного уравнения для рассеяния Ми частицами атмосферного аэрозоля при вертикальном зондировании пограничного слоя атмосферы до 1500 м. Показано, что учёт погрешности измерения коэффициента ослабления на выбранных длинах волн лазерного излучения приводит к ограничению расстояний зондирования для обеспечения заданной погрешности измерения лидарного сигнала. Полученные результаты можно применить для разработки новых аэрозольных лидаров.

The actual problem of improving of the lidar measurements accuracy is considered. The influence degree of the atmospheric transmission at the selected laser radiation wavelengths on the lidar signal error for the monostatic aerosol lidar is estimated. Computer simulation of the lidar equation for the elastic scattering by atmospheric aerosol particles for the estimation during vertical remote sensing of the atmospheric boundary layer up to 1500 m was carried out. It is shown that taking into account the measurement error of the extinction coefficient at the selected laser radiation wavelengths leads to the limitation of the ranging distances to obtain a given measurement error of the lidar signal. The results obtained can be applied to the development of new aerosol lidars.

аэрозольный лидаруравнениерассеяние Мипропускание атмосферыотносительная погрешностьaerosol lidarequationMie back scatteringatmospheric transmissionrelative errorработа выполнена при поддержке РФФИ (гранты №№ 19-42-230004, 19-45-230009).the work was supported by the RFBR grants no. 19-42-230004 and no. 19-45-230009.ReferencesLidar: range-resolved optical remote sensing of the atmosphere, Ed. C. Weitkamp, SSOS, vol. 102, New-York, Springer Science, Business Media Inc, 2005, 455 p. https://doi.org/10.1007/b106786Lidar: range-resolved optical remote sensing of the atmosphere, Ed. C. Weitkamp, SSOS, vol. 102, New-York, Springer Science, Business Media Inc, 2005, 455 p. https://doi.org/10.1007/b106786Борейшо А. С., Евдокимов И. М., Ивакин С. В. Лазеры. Применения и приложения / Под ред. А. С. Борейшо. СПб.: Лань, 2016. 520 c.Boreisho A. S., Evdokimov I. M., Ivakin S. V., Lasery: Primeneniya i prilozheniya [Lasers: Applications], еd. A. S. Boreisho, St. Petersburg, Lan’ Publ., 2016, 520 p. (In Russ.)Зуев В. Е., Зуев В. В. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. СПб: Гидрометеоиздат, 1992. 231 с.Zuyev V. E., Zuyev V. V., Distancionnoye opticheskoye zondirovaniye atmosfery [Remote optical sensing of atmosphere], St. Petersburg, Gidrometeoizdat Publ., 1992, 231 p. (In Russ.)Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Измерение мощности упругого рассеяния атмосферного аэрозоля реальным лидаром // Измерительная техника. 2014. № 4. С. 19–21.Privalov V. E., ShemaninV. G. Measurement Techniques, 2014, vol. 57, no. 4, pp. 396–400. https://doi.org/10.1007/s11018-014-0467-3Креков Г. М., Крекова М. М., Суханов А. Я., Лисенко А. А. Лидарное уравнение для широкополосного оптического излучения // Письма в Журнал технической физики. 2009. Т. 35. Вып. 15. С. 8–15.Krekov G. M., Krekova M. M., Sukhanov A. Ya., Lisenko A. A., Lidar equation for a broadband optical range, Technical Physics Letters, 2009, vol. 35, iss. 8, pp. 687–690.Romanovskii O. A., Optical Memory and Neural Networks, 2008, vol. 17, no. 2, pp. 131–137. https://doi.org/10.3103/S1060992X08020069Romanovskii O. A., Optical Memory and Neural Networks, 2008, vol. 17, no. 2, pp. 131–137. https://doi.org/10.3103/S1060992X08020069Донченко В. А., Кабанов М. В., Кауль Б. В., Самохвалов И. В. Атмосферная электрооптика. Томск: Изд-во НТЛ, 2010. 220 с.Donchenko V. A., Kabanov M. V., Kaul B. V., Samokhvalov I. V., Atmosfernaya elektrooptica [Atmospheric electrooptics], Tomsk, NTL Publ., 2010, 220 p. (In Russ.)Volkov S. N., Kaul B. V., Shelefontuk D. I., Appl. Opt., 2002, vol. 41, no. 24, pp. 5078–5083. https://doi.org/10.1364/ao.41.005078Volkov S. N., Kaul B. V., Shelefontuk D. I., Appl. Opt., 2002, vol. 41, no. 24, pp. 5078–5083. https://doi.org/10.1364/ao.41.005078Агишев Р. Р. Лидарный мониторинг атмосферы. М.: Физматлит, 2009. 313 с.Agishev R. R., Lidarny monitoring atmosfery [Lidar monitoring of the atmosphere], Moscow, Fizmatlit Publ., 2009, 313 p. (In Russ.)Veselovskii I., Whiteman D. N., Korenskiy M., Kolgotin A., Dubovik O., Perez-Ramirez D., Suvorina A., Atmos. Meas. Tech., 2013, vol. 6, no. 9, pp. 2671–2682. https://doi.org/10.5194/amt-6-2671-2013Veselovskii I., Whiteman D. N., Korenskiy M., Kolgotin A., Dubovik O., Perez-Ramirez D., Suvorina A., Atmos. Meas. Tech., 2013, vol. 6, no. 9, pp. 2671–2682. https://doi.org/10.5194/amt-6-2671-2013Справочник по лазерам / Под ред. А. М. Прохорова. Т. 1. М.: Советское Радио, 1978. 504 с.Laser Handbook, Ed. A. M. Prokhorov, vol. 1, Moscow, Sov. Radio Publ., 1978, 504 p. (In Russ.)Андреева Т. Г. Математика: Специальные функции и некоторые приложения. СПб.: РГГМУ, 2013. 102 с.Andreyeva T. G. Matematika: Spetzial’ny funktzii i nekotoryye prilozheniya [Mathematics: Special functions and some applications], St. Petersburg, RSGMU Publ., 2013, 102 p. (In Russ.)Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Лидарное уравнение с учётом конечной ширины линии генерации лазера. Известия РАН. Серия Физическая, 2015, Т. 79, № 2, С. 170–180. https://doi.org/10.7868/S0367676515020209Privalov V. E., Shemanin V. G., Bull. Russ. Acad. Sci. Phys., 2015, vol. 79, no. 2, pp. 149–159. https://doi.org/10.3103/S1062873815020203Маричев В. Н., Бочковский Д. А. Исследование возможнос- тей лидарных измерений температуры атмосферы Земли из космоса. Оптика атмосферы и океана. 2014, Т. 27, № 5. С. 399–406.Marichev V. N., Bochkovskii D. A., The study of possibilities of lidar measurements of the Earth atmosphere temperature from the space, Optika atmosfery i okeana, 2014, vol. 27, no. 05, pp. 399–406. (In Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.