СУДОВОЙ ЛИДАР ДЛЯ ГИДРОЛОГИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ
ÓÄÊ 621.373.8
ÑÓÄÎÂÎÉ ËÈÄÀÐ ÄËß ÃÈÄÐÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÕ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ
© 2008 ã. © 2008 ã. © 2008 ã.
À. È. Ñòåïàíîâ*, äîêòîð òåõí. íàóê; Ñ. À. Ðîãîâ**, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; Ñ. Í. Êàðïîâ*, Â. À. Êîíäðàøîâ*, äîêòîð òåõí. íàóê; Ñ. À.Ìàëüêîâ***, êàíä. òåõí. íàóê; Ñ. È. Ñà÷àâà*, êàíä. òåõí. íàóê; Ì. Ñ. Ñàìàðöåâ*; Ë. À. Ñïèâàê*; Â. À. Òåðøóêîâ*
*** ÍÒÖ “Ýëåêòðîçîíä”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
*** Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ïîëèòåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
*** ÇÀÎ ÍÏÏ “Àâèàöèîííàÿ è ìîðñêàÿ ýëåêòðîíèêà”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
Îïèñàíà ñõåìà ñóäîâîãî ëèäàðà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìîðÿ â èíòåðåñàõ ýêîëîãèè è áàòèìåòðèè. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû íàòóðíûõ íàáëþäåíèé ñ ïîìîùüþ ëèäàðà âåðõíèõ ñëîåâ ìîðÿ è åãî äíà. Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü îáíàðóæåíèÿ ðàññåèâàþùèõ îáðàçîâàíèé â âîäå è ðåãèñòðàöèè ïðîôèëÿ äíà ìîðÿ íà ãëóáèíå áîëåå 50 ì.
Êîäû OCIS: 140.0140.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 18.09.2007.
Ââåäåíèå
Äèñòàíöèîííîå çîíäèðîâàíèå âåðõíåãî ñëîÿ îêåàíà â îïòè÷åñêîì äèàïàçîíå äëèí âîëí âñå áîëüøå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ ãèäðîîïòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ìîðñêîé âîäû [1–4], êàðòîãðàôèðîâàíèÿ ðåëüåôà ïðèáðåæíûõ ðàéîíîâ ìîðñêîãî äíà [5], ðàçâåäêè êîñÿêîâ ðûáû [6], èçó÷åíèÿ ýêîëîãè÷åñêîé îáñòàíîâêè íà ìîðå [7]. Èçâåñòíî, ÷òî áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ ýêîíîìèêè èìåþò ïðîåêòû îñâîåíèÿ íåôòåãàçîâûõ ìåñòîðîæäåíèé íà Àðêòè÷åñêîì øåëüôå. Òàêèå ïðîåêòû òåñíî ñâÿçàíû ñ ðàáîòàìè ïî ãèäðîãðàôè÷åñêîìó îáñëåäîâàíèþ ìîðñêîãî äíà è ýêîëîãè÷åñêîìó ìîíèòîðèíãó àêâàòîðèé ñ ïîìîùüþ ðàçëè÷íûõ îïòè÷åñêèõ ñðåäñòâ, âêëþ÷àÿ çîíäèðîâàíèå âîäíîé ñðåäû ñ èñïîëüçîâàíèåì ëèäàðîâ.
Ðåàëèçóþòñÿ ðàçëè÷íûå ñõåìû ïîñòðîåíèÿ ëèäàðîâ. Ðàçðàáàòûâàþòñÿ ïðèáîðû, èñïîëüçóþùèå â êà÷åñòâå èíôîðìàòèâíîãî ïðèçíàêà èíòåíñèâíîñòü ðàññåÿííîãî íàçàä ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðåäëîæåíû òåëåâèçèîííûå è îïòèêî-ýëåêòðîííûå ñèñòåìû ñ ëàçåðíîé ïîäñâåòêîé, ñòðîÿùèå èçîáðàæåíèÿ.
Àïïàðàòóðà ðàçìåùàåòñÿ íà ðàçëè÷íûõ íîñèòåëÿõ. Ëèäàðû, áàçèðóþùèåñÿ íà àâèàöèîííûõ íîñèòåëÿõ, ïîçâîëÿþò áûñòðî îáñëåäîâàòü áîëüøèå ìîðñêèå àêâàòîðèè [8, 9]. Îäíàêî ðàçìåùåíèå ëèäàðà íà ëåòàòåëüíîì àïïàðàòå ñîïðÿæåíî ñ òåõíè÷åñêèìè ñëîæíîñòÿìè èç-çà çíà÷èòåëüíûõ ãàáàðèòîâ îïòè÷åñêîé ñèñòåìû. Óñòàíîâêà ëèäàðà íà ñóäíå [3] ïðîùå è íå òðåáóåò ñïåöèàëüíûõ ìåð ïî ìèíèàòþðèçàöèè àïïàðàòóðû. Êðîìå òîãî, äîñòîèíñòâîì ñóäîâûõ ëèäàðîâ ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü óñòðàíåíèÿ îïòè÷åñêîé ïîìåõè, îáû÷íî âîçíèêàþùåé ïðè ïðîõîæäåíèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ÷åðåç âçâîëíîâàííóþ ïîâåðõíîñòü, ïóòåì ïîãðóæåíèÿ èëëþìèíàòîðîâ ëèäàðà íèæå ãðàíèöû ðàçäåëà âîçäóõ–âîäà.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè èìïóëüñíûå ëèäàðû, ïîñòðîåííûå ïî ñõåìå ðåãèñòðàöèè ïîòîêà ðàññåÿííîãî íàçàä ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, ïîçâîëÿþùèå çîíäèðîâàòü îêåàí íà ðàçëè÷íûõ ãëóáèíàõ. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òàêîãî ëèäàðà ñîñòîèò â èçëó÷åíèè â òîëùó âîäû êîðîòêèõ ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ â óçêîì òåëåñíîì óãëå è ïðèåìå ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ, íåñóùèõ èíôîðìàöèþ î ðàñïðåäåëåíèè ðàññåèâàþùèõ èëè îòðàæàþùèõ ñâåò îáðàçîâàíèé.  ñâÿçè ñ ñèëüíûì ïîãëîùåíèåì è ðàññåÿíèåì ñâåòà â âîäå ñèãíàë îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ áûñòðî çàòóõàåò âî âðåìåíè (ïî ãëóáèíå). Ìàêñèìàëüíàÿ ãëóáèíà çîíäèðîâàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïîêàçàòåëÿìè îñëàáëåíèÿ è ðàññåÿíèÿ ñèãíàëà â âîäíîé ñðåäå, ýíåðãèåé èçëó÷àåìûõ èìïóëüñîâ, ñîëíå÷íîé çàñâåòêîé è øóìàìè ñèñòåìû è ìîæåò ñîñòàâëÿòü 50–100 ì è áîëåå, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóþò ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé â îêåàíå [10, 11].
Âîçìîæíîñòüþ ðåãèñòðèðîâàòü áîëåå øèðîêèé íàáîð ïàðàìåòðîâ ñðåäû îáëàäàþò òàê íàçûâàåìûå ïîëÿðèçàöèîííûå ëèäàðû. Ñ ïîìîùüþ ïîëÿðèçàöèîííîãî ëèäàðà ìîæíî ïîëó÷àòü íå òîëüêî ðàñïðåäåëåíèå ïîêàçàòåëÿ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ïî ãëóáèíå, êàê â ïðîñòîì èìïóëüñíîì ëèäàðå, íî è ðàñïðåäåëåíèå ñòåïåíè äåïîëÿðèçàöèè è ïîëíîãî ïîêàçàòåëÿ ðàññåÿíèÿ. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ýòè ïàðàìåòðû áîëåå ÷óâñòâèòåëüíû ê íåîäíîðîäíîñòÿì âîäíîé ñðåäû [9, 12].
Öåëüþ íàñòîÿùåé ðàáîòû ÿâëÿëàñü îöåíêà âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ íîâîé ðàçðàáîòêè ñóäîâîãî ëèäàðà ñî ñâîéñòâàìè ïîëÿðèçàöèîííîãî ëèäàðà äëÿ âåäåíèÿ ýêîëîãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ âîäû è çîíäèðîâàíèÿ ìîðñêîãî äíà.  ðàáîòå ðàññìîòðåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ ñ ïîìîùüþ ýòîãî ëèäàðà îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê âåðõíåãî ñëîÿ âîäû â ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ.
43
Îïèñàíèå óñòðîéñòâà
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíà ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ëèäàðà, íà êîòîðîé ïîêàçàíî ðàçìåùåíèå áëîêîâ ëèäàðà íà ñóäíå. Ëàçåð ëèäàðà 1 íàõîäèëñÿ íà ïàëóáå, åãî èçëó÷åíèå âûâîäèëîñü â âîäó ÷åðåç òðóáó 2 ñ èëëþìèíàòîðîì 4 íà óðîâíå äíèùà ñóäíà. Òðóáà ðàñïîëàãàëàñü â âåðòèêàëüíîì ïðîåìå 3 â êîðïóñå ñóäíà. Ôîòîïðèåìíîå óñòðîéñòâî (ÔÏÓ) 5 â ãåðìåòè÷íîì êîðïóñå ðàñïîëàãàëîñü â äðóãîì ïðîåìå 6 â ïîãðóæåííîì â âîäó ïîëîæåíèè. Ðàññåÿííîå ëàçåðíîå èçëó÷åíèå èç âîäíîé ñðåäû ïîñòóïàëî â ÔÏÓ ÷åðåç èëëþìèíàòîð 7. Ðàññòîÿíèå ìåæäó öåíòðàìè èëëþìèíàòîðîâ èçëó÷àòåëÿ è ÔÏÓ (áàçà ëèäàðà) áûëî âûáðàíî ðàâíûì 1 ì, ÷òî ïîçâîëèëî ñíèçèòü äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ðåãèñòðèðóåìûõ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ ïðè âåðõíåé ãðàíèöå çîíäèðóåìîãî ñëîÿ ïðèìåðíî 8 ì.
Áëîê ñèíõðîíèçàöèè è óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé ëèäàðà 18 è êîìïüþòåð 17, èñïîëüçóåìûé äëÿ ïðîâåäåíèÿ ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ è âûäà÷è êîìàíä íà óïðàâëåíèå, íàõîäèëèñü â ñëóæåáíûõ ïîìåùåíèÿõ. Ñâÿçü ÔÏÓ ñ áëîêîì óïðàâëåíèÿ è ñèíõðîíèçàöèè, à òàêæå ïåðåäà÷à ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ïîñëå îöèôðîâêè ê êîìïüþòåðó ïðîâîäèëàñü ïî ãåðìåòè÷íîìó ýëåêòðè÷åñêîìó êàáåëþ.
 ëèäàðå èñïîëüçîâàëñÿ ëàçåð ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ 532 íì íà èòòðèé-àëþìèíèåâîì ãðàíàòå, àêòèâèðîâàííîì íåîäèìîì, ñ íåëèíåéíûì ïðåîáðàçîâàíèåì èçëó÷åíèÿ âî âòîðóþ ãàðìîíèêó. Ñõåìà ëàçåðíîãî èçëó÷àòåëÿ îáåñïå÷èâàëà íà åãî
âûõîäå ëèíåéíóþ ïîëÿðèçàöèþ èçëó÷åíèÿ. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ ðàñõîäèìîñòü èçëó÷åíèÿ ñîñòàâëÿëà ïðèìåðíî 6 ìðàä. Ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ â èìïóëüñå ìîãëà ðåãóëèðîâàòüñÿ îò îäíîãî äî òðèäöàòè ìåãàâàòò. Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ τ ≈ 10 íñ îáåñïå÷èâàëà ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü ëèäàðà ïî ãëóáèíå îêîëî 2 ì. Ïðè ÷àñòîòå ïîâòîðåíèÿ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ 5 Ãö è ñêîðîñòè ñóäíà v ≈ 6 óçëîâ ðàçðåøåíèå ïî õîäó ñóäíà íà ãëóáèíå 10 ì îöåíèâàëîñü ïðèáëèçèòåëüíî â 1 ì.
ÔÏÓ ëèäàðà âêëþ÷àëî 4 èçìåðèòåëüíûõ òðàêòà: äâà ãðóáûõ è äâà ÷óâñòâèòåëüíûõ, ïî îäíîìó äëÿ êàæäîé èç äâóõ ïîëÿðèçàöèé ïðèíèìàåìîãî èçëó÷åíèÿ – êîëëèíåàðíîé è îðòîãîíàëüíîé (ïî îòíîøåíèþ ê ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ ëàçåðà). Òàêîå ðàçäåëåíèå ïîçâîëÿëî ðåãèñòðèðîâàòü èìåþùèå áîëüøîé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí îïòè÷åñêèå ñèãíàëû âçàèìíî îðòîãîíàëüíûõ ïîëÿðèçàöèé, ïîñòóïàþùèå íà âõîä ÔÏÓ (äî 50 äÁ è áîëåå). Ïðè îãðàíè÷åííîì äèíàìè÷åñêîì äèàïàçîíå (îáû÷íî äî 30 äÁ [13]) èñïîëüçóåìûõ â ëèäàðå ôîòîýëåêòðîííûõ óìíîæèòåëåé (ÔÝÓ) òàêîå òåõíè÷åñêîå ðåøåíèå áûëî îïðàâäàíî. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàíû òîëüêî ÷óâñòâèòåëüíûå òðàêòû ÔÏÓ, íà âõîäå êîòîðûõ ðàñïîëàãàëàñü îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ñ äèàìåòðîì âõîäíîãî çðà÷êà 11, ðàâíûì 200 ìì. ×óâñòâèòåëüíûå òðàêòû èñïîëüçîâàëèñü äëÿ ïðèåìà ñëàáûõ ñèãíàëîâ ñ áîëüøèõ ãëóáèí. Ãðóáûå òðàêòû (íà ñõåìå íå óêàçàíû), èìåþùèå ñîáñòâåííóþ îïòè÷åñêóþ ñèñòåìó, ðàñïîëàãàëèñü ðÿäîì ñ ÷óâñòâèòåëüíûìè òðàêòàìè íà òîì æå ðàññòîÿíèè îò øàõòû èçëó÷àòåëÿ.  ãðóáûõ òðàêòàõ èñïîëüçîâàëñÿ âõîäíîé îáúåê-
Óðîâåíü ïîâåðõíîñòè ìîðÿ
Ïàëóáà ñóäíà
2
18 1 17
13 10 12 9
3 16 5 14 15 6
14
Äíèùå ñóäíà 4 13 10 12 9
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ëèäàðà. 44
7 11
8
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
òèâ ìåíüøåãî äèàìåòðà, ÷åì â ÷óâñòâèòåëüíûõ. Ñèëüíûå ñèãíàëû îò âåðõíèõ ñëîåâ âîäû ðåãèñòðèðîâàëèñü â ãðóáûõ òðàêòàõ. Ðàçäåëåíèå ñèãíàëîâ ðàçíîé ïîëÿðèçàöèè (ñ ó÷åòîì ïîëîæåíèÿ ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, çàäàííîãî êîíñòðóêöèåé ëàçåðíîãî èçëó÷àòåëÿ) â ãðóïïàõ ãðóáûõ è ÷óâñòâèòåëüíûõ òðàêòîâ ÔÏÓ ïðîâîäèëîñü ñ ïîìîùüþ ïîëÿðèçàöèîííûõ äåëèòåëüíûõ çåðêàë 8. Äàëåå â êàæäîì èç òðàêòîâ ïîâûøåíèå ñòåïåíè ïîëÿðèçàöèè îáåñïå÷èâàëîñü ñîîòâåòñòâåííûì îáðàçîì íàñòðîåííûìè ïëåíî÷íûìè ïîëÿðîèäàìè 9. Ïîëå çðåíèÿ ôîòîïðèåìíûõ òðàêòîâ ìîãëî ðåãóëèðîâàòüñÿ ñ ïîìîùüþ èðèñîâûõ äèàôðàãì 10, óñòàíîâëåííûõ â ôîêàëüíûõ ïëîñêîñòÿõ ïðèåìíûõ îáúåêòèâîâ 11.  òðàêòàõ ÔÏÓ äëÿ îòñå÷êè ñîëíå÷íîé çàñâåòêè áûëè óñòàíîâëåíû èíòåðôåðåíöèîííûå ôèëüòðû 12 íà äëèíó âîëíû 0,53 ìêì ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 12 íì, êîòîðûå óäîâëåòâîðèòåëüíî ðàáîòàëè â ñõîäÿùèõñÿ ëó÷àõ äëèííîôîêóñíûõ îáúåêòèâîâ 11. Äëÿ ñîáèðàíèÿ ñâåòà íà ôîòîïðèåìíèêè 14 ïðèìåíÿëèñü òðåõëèíçîâûå êîëëåêòèâû 13.
 êà÷åñòâå ôîòîïðèåìíèêîâ â äâóõ ãðóáûõ è ÷óâñòâèòåëüíîì îðòîãîíàëüíîì òðàêòàõ èñïîëüçîâàëèñü ôîòîýëåêòðîííûå óìíîæèòåëè òèïà ÔÝÓ187, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ êîòîðûõ áûë ïîñòîÿííûì ïðè âûáðàííîì óðîâíå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ.  ÷óâñòâèòåëüíîì êîëëèíåàðíîì òðàêòå áûë ïðèìåíåí ôîòîïðèåìíèê òèïà H7680, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ êîòîðîãî âàðüèðîâàëñÿ ñ ïîìîùüþ âñòðîåííîé ýëåêòðîííîé ñõåìû ñòðîáèðîâàíèÿ. Ïóòåì ñòðîáèðîâàíèÿ [14] ýòîò ÔÝÓ îòêðûâàëñÿ ñ çàäåðæêîé îòíîñèòåëüíî âðåìåíè çàïóñêà ëàçåðíîãî èìïóëüñà äëÿ ïðèåìà ñëàáûõ ñèãíàëîâ ðàññåÿíèÿ îò ñëîåâ âîäû ñ ãëóáèí íèæå 45 ì. Ìåíüøèé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ÔÝÓ ÷óâñòâèòåëüíîãî îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà (ïî ñðàâíåíèþ ñ ÷óâñòâèòåëüíûì êîëëèíåàðíûì) ïîçâîëèë îáîéòèñü áåç ñòðîáèðîâàíèÿ. Ïðè ïðèåìå ñèãíàëîâ îò áëèæíèõ ñëîåâ (ñ ãëóáèíû îò 8 äî 14 ì) îí íàõîäèëñÿ â íàñûùåíèè, íî íå ãëóáîêîì, íå âûçûâàþùåì óìåíüøåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðè ïðèåìå ñèãíàëîâ ñ áîëüøåé ãëóáèíû. ×óâñòâèòåëüíîñòü òðàêòîâ ÔÏÓ ìîãëà äèñòàíöèîííî óñòàíàâëèâàòüñÿ ñ áëîêà óïðàâëåíèÿ 18 ïóòåì çàäàíèÿ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ ÔÝÓ è ðàçìåðîâ ïîëåâûõ äèàôðàãì 10.
Ñèãíàëû âñåõ òðàêòîâ, â êîòîðûõ èñïîëüçîâàëèñü ÔÝÓ187, óñèëèâàëèñü íåëèíåéíûìè óñèëèòåëÿìè 15 (íà ðèñ. 1 áëîê óñèëèòåëÿ ïîêàçàí òîëüêî äëÿ îäíîãî èç òðàêòîâ), õàðàêòåðèñòèêà êîòîðûõ áûëà áëèçêà ê ëîãàðèôìè÷åñêîé. Ýòî ïîçâîëÿëî ñîãëàñîâàòü âûõîäíîé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ôîòîïðèåìíèêîâ ñ äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì 8-ðàçðÿäíûõ ÀÖÏ 16 (íà ðèñ. 1 áëîê ÀÖÏ ïîêàçàí òîëüêî äëÿ îäíîãî èç òðàêòîâ). ×àñòîòà îöèôðîâêè àíàëîãîâûõ ñèãíàëîâ êàíàëîâ ÔÏÓ ñîñòàâëÿëà 500 ÌÃö. Îöèôðîâàííûå
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ñèãíàëû ïî êàíàëàì ñâÿçè ïåðåäàâàëèñü íà êîìïüþòåð îïåðàòîðà. Ñèñòåìà ñïóòíèêîâîé íàâèãàöèè (GPS) îáåñïå÷èâàëà ââîä â êîìïüþòåð òåêóùèõ óãëîâûõ è ãåîãðàôè÷åñêèõ êîîðäèíàò ñóäíà ñ ïðèâÿçêîé ê ñèñòåìå åäèíîãî âðåìåíè. Äèñòàíöèîííîå óïðàâëåíèå àïïàðàòóðîé ëèäàðà îñóùåñòâëÿëîñü ñ êîìïüþòåðà.
Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé
Èçìåðåíèÿ ñ ïîìîùüþ îïèñàííîãî âûøå ëèäàðà ïðîâîäèëèñü â îòêðûòîì ìîðå ñ ãëóáèíàìè áîëåå 100 ì, íà ñóäîõîäíîì ôàðâàòåðå, à òàêæå â ìåëêîâîäíîì çàëèâå, â êîòîðûé âïàäàåò ðåêà. Äëÿ êîíòðîëÿ ïîêàçàòåëÿ îñëàáëåíèÿ âîäíîé ñðåäû â ðàéîíå èñïûòàíèé ïðîâîäèëèñü èçìåðåíèÿ ñ ïîìîùüþ ïîãðóæíîãî ôîòîìåòðè÷åñêîãî çîíäà è áåëîãî äèñêà ñ èñïîëüçîâàíèåì èçâåñòíûõ ìåòîäèê [15].
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû õàðàêòåðíûå çàïèñè ñèãíàëîâ ëèäàðà ïðè äâèæåíèè ñóäíà â îòêðûòîì ìîðå â óñëîâèÿõ îòñóòñòâèÿ êàêîé-ëèáî ñïåöèôè÷åñêîé ñòðàòèôèêàöèè îïòè÷åñêîãî ïîêàçàòåëÿ îñëàáëåíèÿ. Ïðèâåäåííûå îñöèëëîãðàììû õàðàêòåðèçóþò çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè îáðàòíî ðàññåÿííîãî èçëó÷åíèÿ îò âðåìåíè (ãëóáèíû) ðàñïðîñòðàíåíèÿ: Ñ1 – ñèãíàë îò ãðóáîãî êîëëèíåàðíîãî òðàêòà, Ñ2 – îò ãðóáîãî îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà, Ñ3 – îò ÷óâñòâèòåëüíîãî êîëëèíåàðíîãî òðàêòà è Ñ4 – îò ÷óâñòâèòåëüíîãî îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà. Ïî îñöèëëîãðàììå Ñ4 âèäíî íàñûùåíèå ÷óâñòâèòåëüíîãî îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà â îáëàñòè ìàëûõ ãëóáèí (äî 14 ì); íà÷àëüíûé ó÷àñòîê îñöèëëîãðàììû Ñ3 ñîîòâåòñòâóåò îòñóòñòâèþ ñèãíàëà äî ãëóáèíû Í ≈ 30 ì â ñòðîáèðóåìîì ÷óâñòâèòåëüíîì òðàêòå (äëÿ óäîáñòâà íàáëþäåíèÿ ê ñèãíàëó Ñ3 äîáàâëåíî ïîñòîÿííîå
I, îòí. åä.
0 30 60 90 H, ì 8
6
Ñ3 4
2
Ñ4 Ñ2
00
Ñ1 300
600
900 t, ìñ
Ðèñ. 2. Ñèãíàëû îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ îò âîäû â îòêðûòîì ìîðå. (Ïîÿñíåíèÿ ñì. â òåêñòå.)
45
ñìåùåíèå óðîâíÿ).  ñðåäíåé ÷àñòè îñöèëëîãðàììû Ñ3 íàáëþäàþòñÿ êîëåáàíèÿ ñèãíàëà, îáóñëîâëåííûå ïåðåõîäíûìè ïðîöåññàìè â ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ óïðàâëåíèÿ ÔÝÓ. Ýòè êîëåáàíèÿ íîñÿò ñëó÷àéíûé õàðàêòåð è ïðè îáðàáîòêå ñèãíàëà ïóòåì óñðåäíåíèÿ ïî ìíîãèì ðåàëèçàöèÿì ÷àñòè÷íî ôèëüòðóþòñÿ. Ñèãíàëû îò äâóõ ãðóáûõ òðàêòîâ íåñêîëüêî ðàçëè÷àþòñÿ ïî ôîðìå. ÔÝÓ îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà (ÔÝÓ2) ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè, ïóòåì ïîäáîðà íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ââåäåí â ðåæèì ñëàáîãî íàñûùåíèÿ. ÔÝÓ êîëëèíåàðíîãî êàíàëà (ÔÝÓ1) – íå â íàñûùåíèè.
Ïðè âûáðàííûõ â îïòèìàëüíîì ñî÷åòàíèè ïàðàìåòðàõ ëèäàðà (ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ ëàçåðà, íàïðÿæåíèÿõ íà àíîäàõ ÔÝÓ è ðàçìåðàõ äèàôðàãì) ñèãíàëû îðòîãîíàëüíîé è êîëëèíåàðíîé ïîëÿðèçàöèé, ïîëó÷åííûå îò äâóõ ãðóáûõ òðàêòîâ, õàðàêòåðèçóþò ñëîè âîäû íà ãëóáèíå îò 8 äî 30 ì è ìàëî îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà ïî èíòåíñèâíîñòè. ×óâñòâèòåëüíûé îðòîãîíàëüíûé òðàêò äàåò ñâåäåíèÿ î ðàññåÿíèè ñâåòà íà ãëóáèíàõ îò 14 äî 55 ì. ×óâñòâèòåëüíûé êîëëèíåàðíûé òðàêò (Ñ3), îòëè÷àþùèéñÿ áî′ëüøèì óñèëåíèåì ïðèìåíåííîãî â ýòîì êàíàëå ÔÝÓ, õàðàêòåðèçóåò ñèãíàë, ïîëó÷àåìûé ñ ãëóáèíû áîëåå 45 ì.
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíû îñöèëëîãðàììû, õàðàêòåðèçóþùèå òåêóùèå ñèãíàëû îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ÷åòûðåõ òðàêòîâ ÔÏÓ â êîîðäèíàòàõ èíòåíñèâíîñòü– âðåìÿ (ãëóáèíà), ïîëó÷åííûå âî âðåìÿ èññëåäîâà-
íèé ïðîçðà÷íîñòè âîäû íà ñóäîõîäíîì ôàðâàòåðå. Êîðîòêèé èçëîì íà ñïàäàþùåé êðèâîé ñèãíàëà ãîâîðèò î íàëè÷èè ñëîÿ âîäû ñ ïîâûøåííûì çíà÷åíèåì ïîêàçàòåëÿ ðàññåÿíèÿ ñâåòà íà ãëóáèíàõ îò 10 äî 15 ì. Àìïëèòóäà ñèãíàëà, ïîëó÷åííîãî âñëåäñòâèå ðàññåÿíèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ óêàçàííûì ãîðèçîíòîì, ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò óðîâåíü ñèãíàëîâ ðàññåÿíèÿ, êîòîðûå ñâÿçàíû ñ åñòåñòâåííîé ñòðàòèôèêàöèåé è íàáëþäàëèñü â äàííîì ðàéîíå ìîðÿ âíå ôàðâàòåðà (ñì. ðèñ. 2). Âîçìîæíîé ïðè÷èíîé ñòîëü ñóùåñòâåííîãî ñêà÷êà ïîêàçàòåëÿ ðàññåÿíèÿ ÿâëÿåòñÿ ðàññåÿíèå íà ïðèìåñÿõ ðàçëè÷íîãî òèïà, çàãðÿçíÿþùèõ âîäó, è íà ïóçûðüêàõ ðàñòâîðåííûõ ãàçîâ. Êîíöåíòðàöèÿ çàãðÿçíÿþùèõ ïðèìåñåé è ãàçîâ íà ðàçíûõ ãîðèçîíòàõ ðàçëè÷íà è çàâèñèò îò èíòåíñèâíîñòè äâèæåíèÿ ñóäîâ, ìåòåîóñëîâèé è ïðèëèâíûõ òå÷åíèé â äàííîì ðàéîíå. Ïðè ýòîì, êàê èçâåñòíî, ïîäâèæíîñòü ïóçûðüêîâ ãàçîâ ñ äèàìåòðîì ïîðÿäêà 1 ìêì íèçêà è îíè ïðàêòè÷åñêè ñàìîñòîÿòåëüíî íå âñïëûâàþò, îäíàêî îíè ñóùåñòâåííî (â íåñêîëüêî ðàç) ìîãóò èçìåíèòü àìïëèòóäó ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ [12].
Îòëè÷èå â ìàñøòàáå îñöèëëîãðàìì, ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 2 è 3, ñâÿçàíî ñ ðàçëè÷èåì ìåòîäîâ èõ ðåãèñòðàöèè: íà ðèñ. 2 ñèãíàëû ñôîòîãðàôèðîâàíû ñ ýêðàíà êîìïüþòåðà, íà ðèñ. 3 – ñèãíàëû ïåðåäàíû íåïîñðåäñòâåííî â ïå÷àòü îò êîìïüþòåðà.
Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíà çàïèñü ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ îäíîãî èç òðàêòîâ ÔÏÓ (ãðóáîãî îðòîãî-
0 20 10
Ñ4
Ñ2 Ñ1
30 Ñ3
60
90 H, ì
I, îòí. åä.
0 0 300
Ðèñ. 3. Ñèãíàëû îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ íà ôàðâàòåðå.
600
900 t, ìñ
5 H, ì
15
25
10 20
30
Ðèñ. 4. Âðåìåííàÿ èçìåí÷èâîñòü ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ.
46
40 t, ìèí “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
íàëüíîãî – ÔÝÓ2) â êîîðäèíàòàõ èíòåíñèâíîñòü– âðåìÿ (ãëóáèíà)–äèñòàíöèÿ ïî õîäó äâèæåíèÿ ñóäíà â âèäå òîíîâîé êàðòèíû. Âðåìÿ õîäà íà ãàëñå – 50 ìèí. Ñâåòëîìó òîíó ñîîòâåòñòâóåò âûñîêèé óðîâåíü ñèãíàëà. Ïî êàðòèíå ìîæíî âûäåëèòü ñëîé âîäû â òîëùå äî 30 ì ñ âûñîêîé ñòåïåíüþ íåîäíîðîäíîñòè îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê.  ñðåäíåé ÷àñòè ãàëñà íà ãëóáèíå 15–25 ì ïðîñìàòðèâàåòñÿ ñâåòîðàññåèâàþùèé ñëîé âîäû, ÷òî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ïðåäïîëîæåíèåì î ôîðìèðîâàíèè àýðèðîâàííîãî ñëîÿ íà ìåëêîâîäüå âî âðåìÿ ïðèëèâà (íàïðàâëåíèå ïðèëèâíîãî òå÷åíèÿ âî âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà ñîâïàäàëî ñ íàïðàâëåíèåì äâèæåíèÿ ñóäíà). Äëÿ âûÿâëåíèÿ íåçíà÷èòåëüíûõ íåîäíîðîäíîñòåé îïòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âîäíîé ñðåäû èç ïðèíÿòîãî ÔÏÓ ñèãíàëà âû÷èòàëñÿ ñèãíàë, ïîëó÷åííûé óñðåäíåíèåì ñèãíàëîâ ïî õîäó äâèæåíèÿ ñóäíà çà
âðåìÿ õîäà íà ãàëñå. Ïðè îáðàáîòêå âñåãî ìàññèâà äàííûõ, ïîëó÷åííûõ ïðè ïðîõîäå ñóäíîì íàìå÷åííîé òðàåêòîðèè, ó÷èòûâàëèñü óðîâåíü øóìîâ ïðèåìíîé àïïàðàòóðû, à òàêæå êîíêðåòíûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ëèäàðà, êîíòðîëèðóåìûå â õîäå âñåãî ýêñïåðèìåíòà.
Ïðèìåð çàïèñè ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ïðè äâèæåíèè ñóäíà â ìåëêîâîäíîì çàëèâå, âîäû êîòîðîãî èìåþò ïðèìåñü ìóòíûõ âûíîñîâ âïàäàþùåé â íåãî ðåêè, ïðèâåäåí íà ðèñ. 5. Òîíîâàÿ êàðòèíà ñèãíàëîâ, çàïèñàííûõ â óêàçàííîé àêâàòîðèè íà ãàëñå äëèíîé 1000 ì, ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 6.
Íåñêîëüêî íåáîëüøèõ èçëîìîâ íà ñïàäàþùåì ó÷àñòêå îñöèëëîãðàìì (ðèñ. 5) è íåîäíîðîäíîñòè â âåðõíåé ÷àñòè êàðòèíû (ðèñ. 6) ñâÿçàíû ñ ðàñïðåäåëåíèåì ìóòíûõ ñëîåâ âîäû. Íà îñöèëëîãðàììàõ õîðîøî ïðîÿâëÿþòñÿ ïèêè íà ãëóáèíå îêîëî 30 ì,
0 20 Ñ2 Ñ4
Ñ1
10
30
Ñ3
60
I, îòí. åä.
0 0 300 600
Ðèñ. 5. Ñèãíàë îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ â ìåëêîâîäíîì çàëèâå.
90 H, ì 900 t, ìñ
0 t, íñ
100
0 H, ì
10
200 20
300 30
400 40
500 0
300 600
50 900 L, ì
Ðèñ. 6. Òîíîâàÿ êàðòèíà ñèãíàëîâ, ïîëó÷åííûõ îò îðòîãîíàëüíîãî ÷óâñòâèòåëüíîãî êàíàëà â óñòüå ðåêè, âïàäàþùåé â ìîðñêîé çàëèâ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
47
ñîîòâåòñòâóþùèå îòðàæåíèþ îò äíà. Îòðàæåíèþ çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ îò äíà ñîîòâåòñòâóåò òàêæå ÷åòêàÿ ëèíèÿ â íèæíåé ÷àñòè êàðòèíû íà ðèñ. 6.
Íà ðèñ. 7 ïîêàçàí ïðèìåð ñèãíàëà îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ â êîîðäèíàòàõ èíòåíñèâíîñòü–âðåìÿ (ãëóáèíà) ñ îòìåòêîé îòðàæåíèÿ îò äíà íà ãëóáèíå 50 ì â äðóãîì ìåñòå çàëèâà.
Ïðè îáðàáîòêå îñöèëëîãðàìì ïðîâîäèëàñü îöåíêà ïîêàçàòåëÿ îñëàáëåíèÿ ïî ñïàäó ñèãíàëà â ãðóáîì êîëëèíåàðíîì òðàêòå ñ ó÷åòîì õàðàêòåðèñòèê ëèäàðà è ñðàâíåíèå ñ äàííûìè îò ïîãðóæíîãî ôîòîìåòðè÷åñêîãî çîíäà è áåëîãî äèñêà. Ïðè íàõîæäåíèè ïîêàçàòåëÿ îñëàáëåíèÿ ïî ñïàäó êðèâîé ñèãíàëà îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ èñïîëüçîâàëîñü âûðàæå-
íèå
pñîð ~
e−2(1−Λ)εZ Z3
,
ãäå
pñîð –
ìîùíîñòü
ñèãíàëà
îá-
ðàòíîãî ðàññåÿíèÿ, Z – äèñòàíöèÿ, Λ ≈ 0,25–0,5 –
âåðîÿòíîñòü âûæèâàíèÿ ôîòîíà, ε – ïîêàçàòåëü îñëàáëåíèÿ. Ðàñ÷åòíàÿ îöåíêà ε (ε ≈ 0,4–0,6 ì–1) õîðîøî ñîâïàäàëà ñ èçìåðåíèÿìè íà ñòàíöèÿõ, ïðîâå-
äåííûìè ïî èçâåñòíûì ìåòîäèêàì ñ ïîìîùüþ áå-
ëîãî äèñêà è ïîãðóæíîãî èçìåðèòåëÿ ïîêàçàòåëÿ
îñëàáëåíèÿ â îòêðûòîì ìîðå â ïåðèîä ïðîâåäåíèÿ ðàáîò (ε ≈ 0,6 ì–1) .
Çàìåòíîãî îòëè÷èÿ ñèãíàëîâ îðòîãîíàëüíûõ è
êîëëèíåàðíûõ òðàêòîâ ÔÏÓ ïî èíòåíñèâíîñòè â
õîäå íàñòîÿùèõ ýêñïåðèìåíòîâ íå âûÿâëåíî, ïîýòîìó äîïîëíèòåëüíàÿ îáðàáîòêà ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ (ÑÎÐ) ïî àëãîðèòìàì ñðàâíåíèÿ ÑÎÐ ðàçëè÷íîé ïîëÿðèçàöèè íå ïðîâîäèëàñü. Äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ â ýòîì íàïðàâëåíèè ïîçâîëÿò óòî÷íèòü äèàïàçîí ãëóáèí, ïðè êîòîðûõ íàèáîëåå ÿðêî ìîãóò ïðîÿâèòüñÿ ïðåèìóùåñòâà ïîëÿðèçàöèîííîãî àëãîðèòìà îáðàáîòêè ñèãíàëîâ ëèäàðà.
Ïðîâåðêà ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ëèäàðà ïî ãëóáèíå ïðîâîäèëàñü ïî èçìåðåíèþ øèðèíû îòìåò-
0 30 8 6 Ñ4
4
60 90 H, ì Ñ3
I, îòí. åä.
2 Ñ2
00
Ñ1 300
600
900 t, ìñ
Ðèñ. 7. Ñèãíàë îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ñ îòìåòêîé îòðàæåíèÿ îò äíà íà ãëóáèíå îêîëî 50 ì.
48
êè íà îñöèëëîãðàììå ÑÎÐ, ïîëó÷åííûõ îò áåëîãî äèñêà. Èçìåðåííîå çíà÷åíèå ñîñòàâèëî 2 ì.
Èññëåäîâàíèÿ îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ìîðÿ ïðîâîäèëèñü ïðè âîëíåíèè ìîðÿ äî 3 áàëëîâ. Ïðè óñèëåíèè âåòðà íàáëþäàëîñü óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû ÑÎÐ, ÷òî îáóñëîâëåíî ïðèòîêîì íà ãëóáèíó öåíòðîâ ðàññåÿíèÿ (ïóçûðüêîâ âîçäóõà è ñëîåâ ìóòíîñòè ñ ïîâåðõíîñòè ìîðÿ).
Çàêëþ÷åíèå
Òàêèì îáðàçîì, ïðîâåäåííûå íàòóðíûå èññëåäîâàíèÿ ðàçðàáîòàííîãî ëèäàðà ïîäòâåðäèëè âîçìîæíîñòü åãî ïðèìåíåíèÿ äëÿ èçó÷åíèÿ õàðàêòåðèñòèê âåðõíèõ ñëîåâ ìîðÿ, à òàêæå â öåëÿõ ðåøåíèÿ çàäà÷ áàòèìåòðèè è ýêîëîãèè.
Ïîêàçàíà ïðèíöèïèàëüíàÿ âîçìîæíîñòü âûÿâëåíèÿ ñëîåâ ìóòíîñòè è ñëîåâ ìîðÿ, íàñûùåííûõ ïóçûðüêàìè âîçäóõà. Ýòîò ìåòîä ìîæåò áûòü ýôôåêòèâíûì ìåòîäîì êîíòðîëÿ â ðÿäó ìåðîïðèÿòèé ïî îáåñïå÷åíèþ ýêîëîãè÷åñêîé è òåõíîëîãè÷åñêîé áåçîïàñíîñòè ìåñò äîáû÷è, òðàíñïîðòèðîâêè è ïåðåðàáîòêè óãëåâîäîðîäîâ. Íåôòÿíûå ïëåíêè, ïîÿâëåíèå êîòîðûõ âïîëíå âåðîÿòíî ïðè ïðîèçâîäñòâå ðàáîò íà ìîðñêîì øåëüôå, ìîãóò ïðåïÿòñòâîâàòü ãàçîâîìó îáìåíó ñèñòåìû îêåàí–àòìîñôåðà, ñóùåñòâåííî îáåäíÿòü àýðàöèþ âåðõíèõ ñëîåâ îêåàíà è èçìåíÿòü èõ îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà. Ðåãèñòðàöèÿ òàêèõ èçìåíåíèé ìîæåò ïðîâîäèòüñÿ âåñüìà ýôôåêòèâíî ñóäîâûìè ëèäàðàìè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Ãîëüäèí Þ.À., Ëó÷èíèí À.Ã. Àâèàöèîííûå ëèäàðíûå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ âåðòèêàëüíîé ñòðóêòóðû îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê âåðõíåãî ñëîÿ îêåàíà // Ïðèïîâåðõíîñòíûé ñëîé îêåàíà. Ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû è äèñòàíöèîííîå çîíäèðîâàíèå / Ïîä ðåä. Ïîëèíîâñêîãî Å.Í., Òàëàíîâà Â.È. Í. Íîâãîðîä: ÈÏÔ ÐÀÍ. 1999. Ò. 2. Ñ. 225–444.
12. Áðàâî-Æèâîòîâñêèé Ä.Ì., Äîëèí Ë.Ñ., Ñàâåëüåâ Â.À., Ôàäååâ Â.Â., Ùåãîëüêîâ Þ.Á. Îïòè÷åñêèå ìåòîäû äèàãíîñòèêè îêåàíà. Ëàçåðíîå äèñòàíöèîííîå çîíäèðîâàíèå // Äèñòàíöèîííûå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ îêåàíà. Ãîðüêèé: ÈÏÔ ÀÍ ÑÑÑÐ, 1987. Ñ. 84–125.
13. Áóêèí Î.À., Èëüè÷åâ Â.È., Ìàéîð À.Þ. è äð. Ñóäîâîé ãèäðîëèäàðíûé êîìïëåêñ äëÿ çîíäèðîâàíèÿ âåðõíåãî ñëîÿ îêåàíà // Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà. 1994. Ò. 7. ¹ 10. Ñ. 1403–1409.
14. Ýìäèí Â.Ñ. Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ëîêàëüíîãî è äèñòàíöèîííîãî îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ çîíäèðîâàíèÿ ìîðñêîé ñðåäû // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹ 3. Ñ. 36–42.
15. Penne M.F., Abbot R.H., Phillips D.M. et al. Airborne Laser Hidrography in Australia // Appl. Opt. 1986. V. 25. ¹ 13. P. 2046–2058.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
16. Churnside J.H., Wilson J.J., Tatarskii V.V. Lidar profiles of fish schools // Appl. Opt. 1997. V. 36. ¹ 24. Ð. 6011– 6022.
17. Àëåøèí È.Â. Îïòè÷åñêèå ìåòîäû è ñðåäñòâà îïåðàòèâíîãî êîíòðîëÿ ýêîëîãè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ìîðñêîé ñðåäû // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹4. Ñ.27–36.
18. Feygels V.I., Kopilevich Yu.I. Russian Airborne LIDARs for Oceanography // Proc. SPIE. 1999. V. 3761. P. 127–141.
19. Âàñèëüêîâ À.Ï., Ãîëüäèí Þ.À., Ãóðååâ Á.À. Îïðåäåëåíèå âåðòèêàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïîêàçàòåëÿ ðàññåÿíèÿ ñâåòà ìîðñêîé âîäû ñ ïîìîùüþ àâèàöèîííîãî ïîëÿðèçàöèîííîãî ëèäàðà // Èçâ. ÐÀÍ. ÔÀÎ. 1997. Ò. 33. ¹ 4. Ñ. 563–569.
10. Feigels V.I., Kopilevich Yu.I. Remote Sensing Subsurface Layers of Turbid Sea Water with the Help of Optical Lidar System // Proc. SPIE. 1993. V. 2048. P. 342–353.
11. Smart J.H., Know K.H. Comparisons Between in Situ and Remote Sensing Estimates of Diffuse Attenuation Profiles // Proc. SPIE. 1996. V. 2964. Ð. 100–109.
12. Êîõàíåíêî Ã.Ï., Êðåêîâà Ì.Ì., Ïåííåð È.Ý., Øàìàíàåâ Â.Ñ. Îáíàðóæåíèå íåîäíîðîäíîñòåé ãèäðîçîëÿ ïîëÿðèçàöèîííûì ëèäàðîì // Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà. 2004. Ò. 17. ¹ 9. Ñ. 750–758.
13. Êèåñ Ð.Äæ., Êðóçå Ï.Â., Ïàòëè Ý.Ã. è äð. Ôîòîïðèåìíèêè âèäèìîãî è ÈÊ äèàïàçîíîâ Ïåð. ñ àíãë. / Ïîä ðåä. Êèåñà Ð.Äæ. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1985. 328 ñ.
14. Ìîëåáíûé Â.Â. Îïòèêî-ëîêàöèîííûå ñèñòåìû (îñíîâû ôóíêöèîíàëüíîãî ïîñòðîåíèÿ). Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1981. 185 ñ.
15. Èâàíîâ À.Ï. Ôèçè÷åñêèå îñíîâû ãèäðîîïòèêè. Ìèíñê: Íàóêà è òåõíèêà, 1975. 390 ñ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
49
ÑÓÄÎÂÎÉ ËÈÄÀÐ ÄËß ÃÈÄÐÎËÎÃÈ×ÅÑÊÈÕ ÈÑÑËÅÄÎÂÀÍÈÉ
© 2008 ã. © 2008 ã. © 2008 ã.
À. È. Ñòåïàíîâ*, äîêòîð òåõí. íàóê; Ñ. À. Ðîãîâ**, äîêòîð ôèç.-ìàò. íàóê; Ñ. Í. Êàðïîâ*, Â. À. Êîíäðàøîâ*, äîêòîð òåõí. íàóê; Ñ. À.Ìàëüêîâ***, êàíä. òåõí. íàóê; Ñ. È. Ñà÷àâà*, êàíä. òåõí. íàóê; Ì. Ñ. Ñàìàðöåâ*; Ë. À. Ñïèâàê*; Â. À. Òåðøóêîâ*
*** ÍÒÖ “Ýëåêòðîçîíä”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
*** Ñàíêò-Ïåòåðáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé ïîëèòåõíè÷åñêèé óíèâåðñèòåò, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
*** ÇÀÎ ÍÏÏ “Àâèàöèîííàÿ è ìîðñêàÿ ýëåêòðîíèêà”, Ñàíêò-Ïåòåðáóðã
Îïèñàíà ñõåìà ñóäîâîãî ëèäàðà, ïðåäíàçíà÷åííîãî äëÿ èññëåäîâàíèÿ ìîðÿ â èíòåðåñàõ ýêîëîãèè è áàòèìåòðèè. Ïðèâåäåíû ðåçóëüòàòû íàòóðíûõ íàáëþäåíèé ñ ïîìîùüþ ëèäàðà âåðõíèõ ñëîåâ ìîðÿ è åãî äíà. Ïîêàçàíà âîçìîæíîñòü îáíàðóæåíèÿ ðàññåèâàþùèõ îáðàçîâàíèé â âîäå è ðåãèñòðàöèè ïðîôèëÿ äíà ìîðÿ íà ãëóáèíå áîëåå 50 ì.
Êîäû OCIS: 140.0140.
Ïîñòóïèëà â ðåäàêöèþ 18.09.2007.
Ââåäåíèå
Äèñòàíöèîííîå çîíäèðîâàíèå âåðõíåãî ñëîÿ îêåàíà â îïòè÷åñêîì äèàïàçîíå äëèí âîëí âñå áîëüøå èñïîëüçóåòñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ ãèäðîîïòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ìîðñêîé âîäû [1–4], êàðòîãðàôèðîâàíèÿ ðåëüåôà ïðèáðåæíûõ ðàéîíîâ ìîðñêîãî äíà [5], ðàçâåäêè êîñÿêîâ ðûáû [6], èçó÷åíèÿ ýêîëîãè÷åñêîé îáñòàíîâêè íà ìîðå [7]. Èçâåñòíî, ÷òî áîëüøîå çíà÷åíèå äëÿ ýêîíîìèêè èìåþò ïðîåêòû îñâîåíèÿ íåôòåãàçîâûõ ìåñòîðîæäåíèé íà Àðêòè÷åñêîì øåëüôå. Òàêèå ïðîåêòû òåñíî ñâÿçàíû ñ ðàáîòàìè ïî ãèäðîãðàôè÷åñêîìó îáñëåäîâàíèþ ìîðñêîãî äíà è ýêîëîãè÷åñêîìó ìîíèòîðèíãó àêâàòîðèé ñ ïîìîùüþ ðàçëè÷íûõ îïòè÷åñêèõ ñðåäñòâ, âêëþ÷àÿ çîíäèðîâàíèå âîäíîé ñðåäû ñ èñïîëüçîâàíèåì ëèäàðîâ.
Ðåàëèçóþòñÿ ðàçëè÷íûå ñõåìû ïîñòðîåíèÿ ëèäàðîâ. Ðàçðàáàòûâàþòñÿ ïðèáîðû, èñïîëüçóþùèå â êà÷åñòâå èíôîðìàòèâíîãî ïðèçíàêà èíòåíñèâíîñòü ðàññåÿííîãî íàçàä ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ. Ïðåäëîæåíû òåëåâèçèîííûå è îïòèêî-ýëåêòðîííûå ñèñòåìû ñ ëàçåðíîé ïîäñâåòêîé, ñòðîÿùèå èçîáðàæåíèÿ.
Àïïàðàòóðà ðàçìåùàåòñÿ íà ðàçëè÷íûõ íîñèòåëÿõ. Ëèäàðû, áàçèðóþùèåñÿ íà àâèàöèîííûõ íîñèòåëÿõ, ïîçâîëÿþò áûñòðî îáñëåäîâàòü áîëüøèå ìîðñêèå àêâàòîðèè [8, 9]. Îäíàêî ðàçìåùåíèå ëèäàðà íà ëåòàòåëüíîì àïïàðàòå ñîïðÿæåíî ñ òåõíè÷åñêèìè ñëîæíîñòÿìè èç-çà çíà÷èòåëüíûõ ãàáàðèòîâ îïòè÷åñêîé ñèñòåìû. Óñòàíîâêà ëèäàðà íà ñóäíå [3] ïðîùå è íå òðåáóåò ñïåöèàëüíûõ ìåð ïî ìèíèàòþðèçàöèè àïïàðàòóðû. Êðîìå òîãî, äîñòîèíñòâîì ñóäîâûõ ëèäàðîâ ÿâëÿåòñÿ âîçìîæíîñòü óñòðàíåíèÿ îïòè÷åñêîé ïîìåõè, îáû÷íî âîçíèêàþùåé ïðè ïðîõîæäåíèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ ÷åðåç âçâîëíîâàííóþ ïîâåðõíîñòü, ïóòåì ïîãðóæåíèÿ èëëþìèíàòîðîâ ëèäàðà íèæå ãðàíèöû ðàçäåëà âîçäóõ–âîäà.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
Íàèáîëüøåå ðàñïðîñòðàíåíèå ïîëó÷èëè èìïóëüñíûå ëèäàðû, ïîñòðîåííûå ïî ñõåìå ðåãèñòðàöèè ïîòîêà ðàññåÿííîãî íàçàä ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, ïîçâîëÿþùèå çîíäèðîâàòü îêåàí íà ðàçëè÷íûõ ãëóáèíàõ. Ïðèíöèï äåéñòâèÿ òàêîãî ëèäàðà ñîñòîèò â èçëó÷åíèè â òîëùó âîäû êîðîòêèõ ñâåòîâûõ èìïóëüñîâ â óçêîì òåëåñíîì óãëå è ïðèåìå ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ, íåñóùèõ èíôîðìàöèþ î ðàñïðåäåëåíèè ðàññåèâàþùèõ èëè îòðàæàþùèõ ñâåò îáðàçîâàíèé.  ñâÿçè ñ ñèëüíûì ïîãëîùåíèåì è ðàññåÿíèåì ñâåòà â âîäå ñèãíàë îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ áûñòðî çàòóõàåò âî âðåìåíè (ïî ãëóáèíå). Ìàêñèìàëüíàÿ ãëóáèíà çîíäèðîâàíèÿ îïðåäåëÿåòñÿ ïîêàçàòåëÿìè îñëàáëåíèÿ è ðàññåÿíèÿ ñèãíàëà â âîäíîé ñðåäå, ýíåðãèåé èçëó÷àåìûõ èìïóëüñîâ, ñîëíå÷íîé çàñâåòêîé è øóìàìè ñèñòåìû è ìîæåò ñîñòàâëÿòü 50–100 ì è áîëåå, î ÷åì ñâèäåòåëüñòâóþò ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé â îêåàíå [10, 11].
Âîçìîæíîñòüþ ðåãèñòðèðîâàòü áîëåå øèðîêèé íàáîð ïàðàìåòðîâ ñðåäû îáëàäàþò òàê íàçûâàåìûå ïîëÿðèçàöèîííûå ëèäàðû. Ñ ïîìîùüþ ïîëÿðèçàöèîííîãî ëèäàðà ìîæíî ïîëó÷àòü íå òîëüêî ðàñïðåäåëåíèå ïîêàçàòåëÿ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ïî ãëóáèíå, êàê â ïðîñòîì èìïóëüñíîì ëèäàðå, íî è ðàñïðåäåëåíèå ñòåïåíè äåïîëÿðèçàöèè è ïîëíîãî ïîêàçàòåëÿ ðàññåÿíèÿ. Ñ÷èòàåòñÿ, ÷òî ýòè ïàðàìåòðû áîëåå ÷óâñòâèòåëüíû ê íåîäíîðîäíîñòÿì âîäíîé ñðåäû [9, 12].
Öåëüþ íàñòîÿùåé ðàáîòû ÿâëÿëàñü îöåíêà âîçìîæíîñòè èñïîëüçîâàíèÿ íîâîé ðàçðàáîòêè ñóäîâîãî ëèäàðà ñî ñâîéñòâàìè ïîëÿðèçàöèîííîãî ëèäàðà äëÿ âåäåíèÿ ýêîëîãè÷åñêîãî ìîíèòîðèíãà ïîâåðõíîñòíûõ ñëîåâ âîäû è çîíäèðîâàíèÿ ìîðñêîãî äíà.  ðàáîòå ðàññìîòðåíû ðåçóëüòàòû èññëåäîâàíèÿ ñ ïîìîùüþ ýòîãî ëèäàðà îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê âåðõíåãî ñëîÿ âîäû â ðàçëè÷íûõ óñëîâèÿõ.
43
Îïèñàíèå óñòðîéñòâà
Íà ðèñ. 1 ïðèâåäåíà ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ëèäàðà, íà êîòîðîé ïîêàçàíî ðàçìåùåíèå áëîêîâ ëèäàðà íà ñóäíå. Ëàçåð ëèäàðà 1 íàõîäèëñÿ íà ïàëóáå, åãî èçëó÷åíèå âûâîäèëîñü â âîäó ÷åðåç òðóáó 2 ñ èëëþìèíàòîðîì 4 íà óðîâíå äíèùà ñóäíà. Òðóáà ðàñïîëàãàëàñü â âåðòèêàëüíîì ïðîåìå 3 â êîðïóñå ñóäíà. Ôîòîïðèåìíîå óñòðîéñòâî (ÔÏÓ) 5 â ãåðìåòè÷íîì êîðïóñå ðàñïîëàãàëîñü â äðóãîì ïðîåìå 6 â ïîãðóæåííîì â âîäó ïîëîæåíèè. Ðàññåÿííîå ëàçåðíîå èçëó÷åíèå èç âîäíîé ñðåäû ïîñòóïàëî â ÔÏÓ ÷åðåç èëëþìèíàòîð 7. Ðàññòîÿíèå ìåæäó öåíòðàìè èëëþìèíàòîðîâ èçëó÷àòåëÿ è ÔÏÓ (áàçà ëèäàðà) áûëî âûáðàíî ðàâíûì 1 ì, ÷òî ïîçâîëèëî ñíèçèòü äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ðåãèñòðèðóåìûõ îïòè÷åñêèõ ñèãíàëîâ ïðè âåðõíåé ãðàíèöå çîíäèðóåìîãî ñëîÿ ïðèìåðíî 8 ì.
Áëîê ñèíõðîíèçàöèè è óïðàâëåíèÿ ðàáîòîé ëèäàðà 18 è êîìïüþòåð 17, èñïîëüçóåìûé äëÿ ïðîâåäåíèÿ ïðåäâàðèòåëüíîé îáðàáîòêè ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ è âûäà÷è êîìàíä íà óïðàâëåíèå, íàõîäèëèñü â ñëóæåáíûõ ïîìåùåíèÿõ. Ñâÿçü ÔÏÓ ñ áëîêîì óïðàâëåíèÿ è ñèíõðîíèçàöèè, à òàêæå ïåðåäà÷à ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ïîñëå îöèôðîâêè ê êîìïüþòåðó ïðîâîäèëàñü ïî ãåðìåòè÷íîìó ýëåêòðè÷åñêîìó êàáåëþ.
 ëèäàðå èñïîëüçîâàëñÿ ëàçåð ñ äëèíîé âîëíû èçëó÷åíèÿ 532 íì íà èòòðèé-àëþìèíèåâîì ãðàíàòå, àêòèâèðîâàííîì íåîäèìîì, ñ íåëèíåéíûì ïðåîáðàçîâàíèåì èçëó÷åíèÿ âî âòîðóþ ãàðìîíèêó. Ñõåìà ëàçåðíîãî èçëó÷àòåëÿ îáåñïå÷èâàëà íà åãî
âûõîäå ëèíåéíóþ ïîëÿðèçàöèþ èçëó÷åíèÿ. Ýíåðãåòè÷åñêàÿ ðàñõîäèìîñòü èçëó÷åíèÿ ñîñòàâëÿëà ïðèìåðíî 6 ìðàä. Ìîùíîñòü èçëó÷åíèÿ â èìïóëüñå ìîãëà ðåãóëèðîâàòüñÿ îò îäíîãî äî òðèäöàòè ìåãàâàòò. Äëèòåëüíîñòü èìïóëüñîâ τ ≈ 10 íñ îáåñïå÷èâàëà ðàçðåøàþùóþ ñïîñîáíîñòü ëèäàðà ïî ãëóáèíå îêîëî 2 ì. Ïðè ÷àñòîòå ïîâòîðåíèÿ èìïóëüñîâ èçëó÷åíèÿ 5 Ãö è ñêîðîñòè ñóäíà v ≈ 6 óçëîâ ðàçðåøåíèå ïî õîäó ñóäíà íà ãëóáèíå 10 ì îöåíèâàëîñü ïðèáëèçèòåëüíî â 1 ì.
ÔÏÓ ëèäàðà âêëþ÷àëî 4 èçìåðèòåëüíûõ òðàêòà: äâà ãðóáûõ è äâà ÷óâñòâèòåëüíûõ, ïî îäíîìó äëÿ êàæäîé èç äâóõ ïîëÿðèçàöèé ïðèíèìàåìîãî èçëó÷åíèÿ – êîëëèíåàðíîé è îðòîãîíàëüíîé (ïî îòíîøåíèþ ê ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè èçëó÷åíèÿ ëàçåðà). Òàêîå ðàçäåëåíèå ïîçâîëÿëî ðåãèñòðèðîâàòü èìåþùèå áîëüøîé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí îïòè÷åñêèå ñèãíàëû âçàèìíî îðòîãîíàëüíûõ ïîëÿðèçàöèé, ïîñòóïàþùèå íà âõîä ÔÏÓ (äî 50 äÁ è áîëåå). Ïðè îãðàíè÷åííîì äèíàìè÷åñêîì äèàïàçîíå (îáû÷íî äî 30 äÁ [13]) èñïîëüçóåìûõ â ëèäàðå ôîòîýëåêòðîííûõ óìíîæèòåëåé (ÔÝÓ) òàêîå òåõíè÷åñêîå ðåøåíèå áûëî îïðàâäàíî. Íà ðèñ. 1 ïîêàçàíû òîëüêî ÷óâñòâèòåëüíûå òðàêòû ÔÏÓ, íà âõîäå êîòîðûõ ðàñïîëàãàëàñü îïòè÷åñêàÿ ñèñòåìà ñ äèàìåòðîì âõîäíîãî çðà÷êà 11, ðàâíûì 200 ìì. ×óâñòâèòåëüíûå òðàêòû èñïîëüçîâàëèñü äëÿ ïðèåìà ñëàáûõ ñèãíàëîâ ñ áîëüøèõ ãëóáèí. Ãðóáûå òðàêòû (íà ñõåìå íå óêàçàíû), èìåþùèå ñîáñòâåííóþ îïòè÷åñêóþ ñèñòåìó, ðàñïîëàãàëèñü ðÿäîì ñ ÷óâñòâèòåëüíûìè òðàêòàìè íà òîì æå ðàññòîÿíèè îò øàõòû èçëó÷àòåëÿ.  ãðóáûõ òðàêòàõ èñïîëüçîâàëñÿ âõîäíîé îáúåê-
Óðîâåíü ïîâåðõíîñòè ìîðÿ
Ïàëóáà ñóäíà
2
18 1 17
13 10 12 9
3 16 5 14 15 6
14
Äíèùå ñóäíà 4 13 10 12 9
Ðèñ. 1. Ñòðóêòóðíî-ôóíêöèîíàëüíàÿ ñõåìà ëèäàðà. 44
7 11
8
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
òèâ ìåíüøåãî äèàìåòðà, ÷åì â ÷óâñòâèòåëüíûõ. Ñèëüíûå ñèãíàëû îò âåðõíèõ ñëîåâ âîäû ðåãèñòðèðîâàëèñü â ãðóáûõ òðàêòàõ. Ðàçäåëåíèå ñèãíàëîâ ðàçíîé ïîëÿðèçàöèè (ñ ó÷åòîì ïîëîæåíèÿ ïëîñêîñòè ïîëÿðèçàöèè ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ, çàäàííîãî êîíñòðóêöèåé ëàçåðíîãî èçëó÷àòåëÿ) â ãðóïïàõ ãðóáûõ è ÷óâñòâèòåëüíûõ òðàêòîâ ÔÏÓ ïðîâîäèëîñü ñ ïîìîùüþ ïîëÿðèçàöèîííûõ äåëèòåëüíûõ çåðêàë 8. Äàëåå â êàæäîì èç òðàêòîâ ïîâûøåíèå ñòåïåíè ïîëÿðèçàöèè îáåñïå÷èâàëîñü ñîîòâåòñòâåííûì îáðàçîì íàñòðîåííûìè ïëåíî÷íûìè ïîëÿðîèäàìè 9. Ïîëå çðåíèÿ ôîòîïðèåìíûõ òðàêòîâ ìîãëî ðåãóëèðîâàòüñÿ ñ ïîìîùüþ èðèñîâûõ äèàôðàãì 10, óñòàíîâëåííûõ â ôîêàëüíûõ ïëîñêîñòÿõ ïðèåìíûõ îáúåêòèâîâ 11.  òðàêòàõ ÔÏÓ äëÿ îòñå÷êè ñîëíå÷íîé çàñâåòêè áûëè óñòàíîâëåíû èíòåðôåðåíöèîííûå ôèëüòðû 12 íà äëèíó âîëíû 0,53 ìêì ñ ïîëîñîé ïðîïóñêàíèÿ 12 íì, êîòîðûå óäîâëåòâîðèòåëüíî ðàáîòàëè â ñõîäÿùèõñÿ ëó÷àõ äëèííîôîêóñíûõ îáúåêòèâîâ 11. Äëÿ ñîáèðàíèÿ ñâåòà íà ôîòîïðèåìíèêè 14 ïðèìåíÿëèñü òðåõëèíçîâûå êîëëåêòèâû 13.
 êà÷åñòâå ôîòîïðèåìíèêîâ â äâóõ ãðóáûõ è ÷óâñòâèòåëüíîì îðòîãîíàëüíîì òðàêòàõ èñïîëüçîâàëèñü ôîòîýëåêòðîííûå óìíîæèòåëè òèïà ÔÝÓ187, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ êîòîðûõ áûë ïîñòîÿííûì ïðè âûáðàííîì óðîâíå íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ.  ÷óâñòâèòåëüíîì êîëëèíåàðíîì òðàêòå áûë ïðèìåíåí ôîòîïðèåìíèê òèïà H7680, êîýôôèöèåíò óñèëåíèÿ êîòîðîãî âàðüèðîâàëñÿ ñ ïîìîùüþ âñòðîåííîé ýëåêòðîííîé ñõåìû ñòðîáèðîâàíèÿ. Ïóòåì ñòðîáèðîâàíèÿ [14] ýòîò ÔÝÓ îòêðûâàëñÿ ñ çàäåðæêîé îòíîñèòåëüíî âðåìåíè çàïóñêà ëàçåðíîãî èìïóëüñà äëÿ ïðèåìà ñëàáûõ ñèãíàëîâ ðàññåÿíèÿ îò ñëîåâ âîäû ñ ãëóáèí íèæå 45 ì. Ìåíüøèé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ÔÝÓ ÷óâñòâèòåëüíîãî îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà (ïî ñðàâíåíèþ ñ ÷óâñòâèòåëüíûì êîëëèíåàðíûì) ïîçâîëèë îáîéòèñü áåç ñòðîáèðîâàíèÿ. Ïðè ïðèåìå ñèãíàëîâ îò áëèæíèõ ñëîåâ (ñ ãëóáèíû îò 8 äî 14 ì) îí íàõîäèëñÿ â íàñûùåíèè, íî íå ãëóáîêîì, íå âûçûâàþùåì óìåíüøåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè ïðè ïðèåìå ñèãíàëîâ ñ áîëüøåé ãëóáèíû. ×óâñòâèòåëüíîñòü òðàêòîâ ÔÏÓ ìîãëà äèñòàíöèîííî óñòàíàâëèâàòüñÿ ñ áëîêà óïðàâëåíèÿ 18 ïóòåì çàäàíèÿ çíà÷åíèé íàïðÿæåíèé ïèòàíèÿ ÔÝÓ è ðàçìåðîâ ïîëåâûõ äèàôðàãì 10.
Ñèãíàëû âñåõ òðàêòîâ, â êîòîðûõ èñïîëüçîâàëèñü ÔÝÓ187, óñèëèâàëèñü íåëèíåéíûìè óñèëèòåëÿìè 15 (íà ðèñ. 1 áëîê óñèëèòåëÿ ïîêàçàí òîëüêî äëÿ îäíîãî èç òðàêòîâ), õàðàêòåðèñòèêà êîòîðûõ áûëà áëèçêà ê ëîãàðèôìè÷åñêîé. Ýòî ïîçâîëÿëî ñîãëàñîâàòü âûõîäíîé äèíàìè÷åñêèé äèàïàçîí ôîòîïðèåìíèêîâ ñ äèíàìè÷åñêèì äèàïàçîíîì 8-ðàçðÿäíûõ ÀÖÏ 16 (íà ðèñ. 1 áëîê ÀÖÏ ïîêàçàí òîëüêî äëÿ îäíîãî èç òðàêòîâ). ×àñòîòà îöèôðîâêè àíàëîãîâûõ ñèãíàëîâ êàíàëîâ ÔÏÓ ñîñòàâëÿëà 500 ÌÃö. Îöèôðîâàííûå
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
ñèãíàëû ïî êàíàëàì ñâÿçè ïåðåäàâàëèñü íà êîìïüþòåð îïåðàòîðà. Ñèñòåìà ñïóòíèêîâîé íàâèãàöèè (GPS) îáåñïå÷èâàëà ââîä â êîìïüþòåð òåêóùèõ óãëîâûõ è ãåîãðàôè÷åñêèõ êîîðäèíàò ñóäíà ñ ïðèâÿçêîé ê ñèñòåìå åäèíîãî âðåìåíè. Äèñòàíöèîííîå óïðàâëåíèå àïïàðàòóðîé ëèäàðà îñóùåñòâëÿëîñü ñ êîìïüþòåðà.
Ðåçóëüòàòû ýêñïåðèìåíòàëüíûõ èññëåäîâàíèé
Èçìåðåíèÿ ñ ïîìîùüþ îïèñàííîãî âûøå ëèäàðà ïðîâîäèëèñü â îòêðûòîì ìîðå ñ ãëóáèíàìè áîëåå 100 ì, íà ñóäîõîäíîì ôàðâàòåðå, à òàêæå â ìåëêîâîäíîì çàëèâå, â êîòîðûé âïàäàåò ðåêà. Äëÿ êîíòðîëÿ ïîêàçàòåëÿ îñëàáëåíèÿ âîäíîé ñðåäû â ðàéîíå èñïûòàíèé ïðîâîäèëèñü èçìåðåíèÿ ñ ïîìîùüþ ïîãðóæíîãî ôîòîìåòðè÷åñêîãî çîíäà è áåëîãî äèñêà ñ èñïîëüçîâàíèåì èçâåñòíûõ ìåòîäèê [15].
Íà ðèñ. 2 ïðèâåäåíû õàðàêòåðíûå çàïèñè ñèãíàëîâ ëèäàðà ïðè äâèæåíèè ñóäíà â îòêðûòîì ìîðå â óñëîâèÿõ îòñóòñòâèÿ êàêîé-ëèáî ñïåöèôè÷åñêîé ñòðàòèôèêàöèè îïòè÷åñêîãî ïîêàçàòåëÿ îñëàáëåíèÿ. Ïðèâåäåííûå îñöèëëîãðàììû õàðàêòåðèçóþò çàâèñèìîñòü èíòåíñèâíîñòè îáðàòíî ðàññåÿííîãî èçëó÷åíèÿ îò âðåìåíè (ãëóáèíû) ðàñïðîñòðàíåíèÿ: Ñ1 – ñèãíàë îò ãðóáîãî êîëëèíåàðíîãî òðàêòà, Ñ2 – îò ãðóáîãî îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà, Ñ3 – îò ÷óâñòâèòåëüíîãî êîëëèíåàðíîãî òðàêòà è Ñ4 – îò ÷óâñòâèòåëüíîãî îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà. Ïî îñöèëëîãðàììå Ñ4 âèäíî íàñûùåíèå ÷óâñòâèòåëüíîãî îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà â îáëàñòè ìàëûõ ãëóáèí (äî 14 ì); íà÷àëüíûé ó÷àñòîê îñöèëëîãðàììû Ñ3 ñîîòâåòñòâóåò îòñóòñòâèþ ñèãíàëà äî ãëóáèíû Í ≈ 30 ì â ñòðîáèðóåìîì ÷óâñòâèòåëüíîì òðàêòå (äëÿ óäîáñòâà íàáëþäåíèÿ ê ñèãíàëó Ñ3 äîáàâëåíî ïîñòîÿííîå
I, îòí. åä.
0 30 60 90 H, ì 8
6
Ñ3 4
2
Ñ4 Ñ2
00
Ñ1 300
600
900 t, ìñ
Ðèñ. 2. Ñèãíàëû îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ îò âîäû â îòêðûòîì ìîðå. (Ïîÿñíåíèÿ ñì. â òåêñòå.)
45
ñìåùåíèå óðîâíÿ).  ñðåäíåé ÷àñòè îñöèëëîãðàììû Ñ3 íàáëþäàþòñÿ êîëåáàíèÿ ñèãíàëà, îáóñëîâëåííûå ïåðåõîäíûìè ïðîöåññàìè â ýëåêòðè÷åñêèõ öåïÿõ óïðàâëåíèÿ ÔÝÓ. Ýòè êîëåáàíèÿ íîñÿò ñëó÷àéíûé õàðàêòåð è ïðè îáðàáîòêå ñèãíàëà ïóòåì óñðåäíåíèÿ ïî ìíîãèì ðåàëèçàöèÿì ÷àñòè÷íî ôèëüòðóþòñÿ. Ñèãíàëû îò äâóõ ãðóáûõ òðàêòîâ íåñêîëüêî ðàçëè÷àþòñÿ ïî ôîðìå. ÔÝÓ îðòîãîíàëüíîãî òðàêòà (ÔÝÓ2) ñ öåëüþ ïîâûøåíèÿ ÷óâñòâèòåëüíîñòè, ïóòåì ïîäáîðà íàïðÿæåíèÿ ïèòàíèÿ ââåäåí â ðåæèì ñëàáîãî íàñûùåíèÿ. ÔÝÓ êîëëèíåàðíîãî êàíàëà (ÔÝÓ1) – íå â íàñûùåíèè.
Ïðè âûáðàííûõ â îïòèìàëüíîì ñî÷åòàíèè ïàðàìåòðàõ ëèäàðà (ìîùíîñòè èçëó÷åíèÿ ëàçåðà, íàïðÿæåíèÿõ íà àíîäàõ ÔÝÓ è ðàçìåðàõ äèàôðàãì) ñèãíàëû îðòîãîíàëüíîé è êîëëèíåàðíîé ïîëÿðèçàöèé, ïîëó÷åííûå îò äâóõ ãðóáûõ òðàêòîâ, õàðàêòåðèçóþò ñëîè âîäû íà ãëóáèíå îò 8 äî 30 ì è ìàëî îòëè÷àþòñÿ äðóã îò äðóãà ïî èíòåíñèâíîñòè. ×óâñòâèòåëüíûé îðòîãîíàëüíûé òðàêò äàåò ñâåäåíèÿ î ðàññåÿíèè ñâåòà íà ãëóáèíàõ îò 14 äî 55 ì. ×óâñòâèòåëüíûé êîëëèíåàðíûé òðàêò (Ñ3), îòëè÷àþùèéñÿ áî′ëüøèì óñèëåíèåì ïðèìåíåííîãî â ýòîì êàíàëå ÔÝÓ, õàðàêòåðèçóåò ñèãíàë, ïîëó÷àåìûé ñ ãëóáèíû áîëåå 45 ì.
Íà ðèñ. 3 ïîêàçàíû îñöèëëîãðàììû, õàðàêòåðèçóþùèå òåêóùèå ñèãíàëû îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ÷åòûðåõ òðàêòîâ ÔÏÓ â êîîðäèíàòàõ èíòåíñèâíîñòü– âðåìÿ (ãëóáèíà), ïîëó÷åííûå âî âðåìÿ èññëåäîâà-
íèé ïðîçðà÷íîñòè âîäû íà ñóäîõîäíîì ôàðâàòåðå. Êîðîòêèé èçëîì íà ñïàäàþùåé êðèâîé ñèãíàëà ãîâîðèò î íàëè÷èè ñëîÿ âîäû ñ ïîâûøåííûì çíà÷åíèåì ïîêàçàòåëÿ ðàññåÿíèÿ ñâåòà íà ãëóáèíàõ îò 10 äî 15 ì. Àìïëèòóäà ñèãíàëà, ïîëó÷åííîãî âñëåäñòâèå ðàññåÿíèÿ ëàçåðíîãî èçëó÷åíèÿ óêàçàííûì ãîðèçîíòîì, ñóùåñòâåííî ïðåâûøàåò óðîâåíü ñèãíàëîâ ðàññåÿíèÿ, êîòîðûå ñâÿçàíû ñ åñòåñòâåííîé ñòðàòèôèêàöèåé è íàáëþäàëèñü â äàííîì ðàéîíå ìîðÿ âíå ôàðâàòåðà (ñì. ðèñ. 2). Âîçìîæíîé ïðè÷èíîé ñòîëü ñóùåñòâåííîãî ñêà÷êà ïîêàçàòåëÿ ðàññåÿíèÿ ÿâëÿåòñÿ ðàññåÿíèå íà ïðèìåñÿõ ðàçëè÷íîãî òèïà, çàãðÿçíÿþùèõ âîäó, è íà ïóçûðüêàõ ðàñòâîðåííûõ ãàçîâ. Êîíöåíòðàöèÿ çàãðÿçíÿþùèõ ïðèìåñåé è ãàçîâ íà ðàçíûõ ãîðèçîíòàõ ðàçëè÷íà è çàâèñèò îò èíòåíñèâíîñòè äâèæåíèÿ ñóäîâ, ìåòåîóñëîâèé è ïðèëèâíûõ òå÷åíèé â äàííîì ðàéîíå. Ïðè ýòîì, êàê èçâåñòíî, ïîäâèæíîñòü ïóçûðüêîâ ãàçîâ ñ äèàìåòðîì ïîðÿäêà 1 ìêì íèçêà è îíè ïðàêòè÷åñêè ñàìîñòîÿòåëüíî íå âñïëûâàþò, îäíàêî îíè ñóùåñòâåííî (â íåñêîëüêî ðàç) ìîãóò èçìåíèòü àìïëèòóäó ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ [12].
Îòëè÷èå â ìàñøòàáå îñöèëëîãðàìì, ïðåäñòàâëåííûõ íà ðèñ. 2 è 3, ñâÿçàíî ñ ðàçëè÷èåì ìåòîäîâ èõ ðåãèñòðàöèè: íà ðèñ. 2 ñèãíàëû ñôîòîãðàôèðîâàíû ñ ýêðàíà êîìïüþòåðà, íà ðèñ. 3 – ñèãíàëû ïåðåäàíû íåïîñðåäñòâåííî â ïå÷àòü îò êîìïüþòåðà.
Íà ðèñ. 4 ïðèâåäåíà çàïèñü ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ îäíîãî èç òðàêòîâ ÔÏÓ (ãðóáîãî îðòîãî-
0 20 10
Ñ4
Ñ2 Ñ1
30 Ñ3
60
90 H, ì
I, îòí. åä.
0 0 300
Ðèñ. 3. Ñèãíàëû îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ íà ôàðâàòåðå.
600
900 t, ìñ
5 H, ì
15
25
10 20
30
Ðèñ. 4. Âðåìåííàÿ èçìåí÷èâîñòü ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ.
46
40 t, ìèí “Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
íàëüíîãî – ÔÝÓ2) â êîîðäèíàòàõ èíòåíñèâíîñòü– âðåìÿ (ãëóáèíà)–äèñòàíöèÿ ïî õîäó äâèæåíèÿ ñóäíà â âèäå òîíîâîé êàðòèíû. Âðåìÿ õîäà íà ãàëñå – 50 ìèí. Ñâåòëîìó òîíó ñîîòâåòñòâóåò âûñîêèé óðîâåíü ñèãíàëà. Ïî êàðòèíå ìîæíî âûäåëèòü ñëîé âîäû â òîëùå äî 30 ì ñ âûñîêîé ñòåïåíüþ íåîäíîðîäíîñòè îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê.  ñðåäíåé ÷àñòè ãàëñà íà ãëóáèíå 15–25 ì ïðîñìàòðèâàåòñÿ ñâåòîðàññåèâàþùèé ñëîé âîäû, ÷òî õîðîøî ñîãëàñóåòñÿ ñ ïðåäïîëîæåíèåì î ôîðìèðîâàíèè àýðèðîâàííîãî ñëîÿ íà ìåëêîâîäüå âî âðåìÿ ïðèëèâà (íàïðàâëåíèå ïðèëèâíîãî òå÷åíèÿ âî âðåìÿ ýêñïåðèìåíòà ñîâïàäàëî ñ íàïðàâëåíèåì äâèæåíèÿ ñóäíà). Äëÿ âûÿâëåíèÿ íåçíà÷èòåëüíûõ íåîäíîðîäíîñòåé îïòè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ âîäíîé ñðåäû èç ïðèíÿòîãî ÔÏÓ ñèãíàëà âû÷èòàëñÿ ñèãíàë, ïîëó÷åííûé óñðåäíåíèåì ñèãíàëîâ ïî õîäó äâèæåíèÿ ñóäíà çà
âðåìÿ õîäà íà ãàëñå. Ïðè îáðàáîòêå âñåãî ìàññèâà äàííûõ, ïîëó÷åííûõ ïðè ïðîõîäå ñóäíîì íàìå÷åííîé òðàåêòîðèè, ó÷èòûâàëèñü óðîâåíü øóìîâ ïðèåìíîé àïïàðàòóðû, à òàêæå êîíêðåòíûå çíà÷åíèÿ ïàðàìåòðîâ ëèäàðà, êîíòðîëèðóåìûå â õîäå âñåãî ýêñïåðèìåíòà.
Ïðèìåð çàïèñè ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ïðè äâèæåíèè ñóäíà â ìåëêîâîäíîì çàëèâå, âîäû êîòîðîãî èìåþò ïðèìåñü ìóòíûõ âûíîñîâ âïàäàþùåé â íåãî ðåêè, ïðèâåäåí íà ðèñ. 5. Òîíîâàÿ êàðòèíà ñèãíàëîâ, çàïèñàííûõ â óêàçàííîé àêâàòîðèè íà ãàëñå äëèíîé 1000 ì, ïðåäñòàâëåíà íà ðèñ. 6.
Íåñêîëüêî íåáîëüøèõ èçëîìîâ íà ñïàäàþùåì ó÷àñòêå îñöèëëîãðàìì (ðèñ. 5) è íåîäíîðîäíîñòè â âåðõíåé ÷àñòè êàðòèíû (ðèñ. 6) ñâÿçàíû ñ ðàñïðåäåëåíèåì ìóòíûõ ñëîåâ âîäû. Íà îñöèëëîãðàììàõ õîðîøî ïðîÿâëÿþòñÿ ïèêè íà ãëóáèíå îêîëî 30 ì,
0 20 Ñ2 Ñ4
Ñ1
10
30
Ñ3
60
I, îòí. åä.
0 0 300 600
Ðèñ. 5. Ñèãíàë îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ â ìåëêîâîäíîì çàëèâå.
90 H, ì 900 t, ìñ
0 t, íñ
100
0 H, ì
10
200 20
300 30
400 40
500 0
300 600
50 900 L, ì
Ðèñ. 6. Òîíîâàÿ êàðòèíà ñèãíàëîâ, ïîëó÷åííûõ îò îðòîãîíàëüíîãî ÷óâñòâèòåëüíîãî êàíàëà â óñòüå ðåêè, âïàäàþùåé â ìîðñêîé çàëèâ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
47
ñîîòâåòñòâóþùèå îòðàæåíèþ îò äíà. Îòðàæåíèþ çîíäèðóþùåãî èçëó÷åíèÿ îò äíà ñîîòâåòñòâóåò òàêæå ÷åòêàÿ ëèíèÿ â íèæíåé ÷àñòè êàðòèíû íà ðèñ. 6.
Íà ðèñ. 7 ïîêàçàí ïðèìåð ñèãíàëà îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ â êîîðäèíàòàõ èíòåíñèâíîñòü–âðåìÿ (ãëóáèíà) ñ îòìåòêîé îòðàæåíèÿ îò äíà íà ãëóáèíå 50 ì â äðóãîì ìåñòå çàëèâà.
Ïðè îáðàáîòêå îñöèëëîãðàìì ïðîâîäèëàñü îöåíêà ïîêàçàòåëÿ îñëàáëåíèÿ ïî ñïàäó ñèãíàëà â ãðóáîì êîëëèíåàðíîì òðàêòå ñ ó÷åòîì õàðàêòåðèñòèê ëèäàðà è ñðàâíåíèå ñ äàííûìè îò ïîãðóæíîãî ôîòîìåòðè÷åñêîãî çîíäà è áåëîãî äèñêà. Ïðè íàõîæäåíèè ïîêàçàòåëÿ îñëàáëåíèÿ ïî ñïàäó êðèâîé ñèãíàëà îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ èñïîëüçîâàëîñü âûðàæå-
íèå
pñîð ~
e−2(1−Λ)εZ Z3
,
ãäå
pñîð –
ìîùíîñòü
ñèãíàëà
îá-
ðàòíîãî ðàññåÿíèÿ, Z – äèñòàíöèÿ, Λ ≈ 0,25–0,5 –
âåðîÿòíîñòü âûæèâàíèÿ ôîòîíà, ε – ïîêàçàòåëü îñëàáëåíèÿ. Ðàñ÷åòíàÿ îöåíêà ε (ε ≈ 0,4–0,6 ì–1) õîðîøî ñîâïàäàëà ñ èçìåðåíèÿìè íà ñòàíöèÿõ, ïðîâå-
äåííûìè ïî èçâåñòíûì ìåòîäèêàì ñ ïîìîùüþ áå-
ëîãî äèñêà è ïîãðóæíîãî èçìåðèòåëÿ ïîêàçàòåëÿ
îñëàáëåíèÿ â îòêðûòîì ìîðå â ïåðèîä ïðîâåäåíèÿ ðàáîò (ε ≈ 0,6 ì–1) .
Çàìåòíîãî îòëè÷èÿ ñèãíàëîâ îðòîãîíàëüíûõ è
êîëëèíåàðíûõ òðàêòîâ ÔÏÓ ïî èíòåíñèâíîñòè â
õîäå íàñòîÿùèõ ýêñïåðèìåíòîâ íå âûÿâëåíî, ïîýòîìó äîïîëíèòåëüíàÿ îáðàáîòêà ñèãíàëîâ îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ (ÑÎÐ) ïî àëãîðèòìàì ñðàâíåíèÿ ÑÎÐ ðàçëè÷íîé ïîëÿðèçàöèè íå ïðîâîäèëàñü. Äàëüíåéøèå èññëåäîâàíèÿ â ýòîì íàïðàâëåíèè ïîçâîëÿò óòî÷íèòü äèàïàçîí ãëóáèí, ïðè êîòîðûõ íàèáîëåå ÿðêî ìîãóò ïðîÿâèòüñÿ ïðåèìóùåñòâà ïîëÿðèçàöèîííîãî àëãîðèòìà îáðàáîòêè ñèãíàëîâ ëèäàðà.
Ïðîâåðêà ðàçðåøàþùåé ñïîñîáíîñòè ëèäàðà ïî ãëóáèíå ïðîâîäèëàñü ïî èçìåðåíèþ øèðèíû îòìåò-
0 30 8 6 Ñ4
4
60 90 H, ì Ñ3
I, îòí. åä.
2 Ñ2
00
Ñ1 300
600
900 t, ìñ
Ðèñ. 7. Ñèãíàë îáðàòíîãî ðàññåÿíèÿ ñ îòìåòêîé îòðàæåíèÿ îò äíà íà ãëóáèíå îêîëî 50 ì.
48
êè íà îñöèëëîãðàììå ÑÎÐ, ïîëó÷åííûõ îò áåëîãî äèñêà. Èçìåðåííîå çíà÷åíèå ñîñòàâèëî 2 ì.
Èññëåäîâàíèÿ îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê ïîâåðõíîñòíîãî ñëîÿ ìîðÿ ïðîâîäèëèñü ïðè âîëíåíèè ìîðÿ äî 3 áàëëîâ. Ïðè óñèëåíèè âåòðà íàáëþäàëîñü óâåëè÷åíèå àìïëèòóäû ÑÎÐ, ÷òî îáóñëîâëåíî ïðèòîêîì íà ãëóáèíó öåíòðîâ ðàññåÿíèÿ (ïóçûðüêîâ âîçäóõà è ñëîåâ ìóòíîñòè ñ ïîâåðõíîñòè ìîðÿ).
Çàêëþ÷åíèå
Òàêèì îáðàçîì, ïðîâåäåííûå íàòóðíûå èññëåäîâàíèÿ ðàçðàáîòàííîãî ëèäàðà ïîäòâåðäèëè âîçìîæíîñòü åãî ïðèìåíåíèÿ äëÿ èçó÷åíèÿ õàðàêòåðèñòèê âåðõíèõ ñëîåâ ìîðÿ, à òàêæå â öåëÿõ ðåøåíèÿ çàäà÷ áàòèìåòðèè è ýêîëîãèè.
Ïîêàçàíà ïðèíöèïèàëüíàÿ âîçìîæíîñòü âûÿâëåíèÿ ñëîåâ ìóòíîñòè è ñëîåâ ìîðÿ, íàñûùåííûõ ïóçûðüêàìè âîçäóõà. Ýòîò ìåòîä ìîæåò áûòü ýôôåêòèâíûì ìåòîäîì êîíòðîëÿ â ðÿäó ìåðîïðèÿòèé ïî îáåñïå÷åíèþ ýêîëîãè÷åñêîé è òåõíîëîãè÷åñêîé áåçîïàñíîñòè ìåñò äîáû÷è, òðàíñïîðòèðîâêè è ïåðåðàáîòêè óãëåâîäîðîäîâ. Íåôòÿíûå ïëåíêè, ïîÿâëåíèå êîòîðûõ âïîëíå âåðîÿòíî ïðè ïðîèçâîäñòâå ðàáîò íà ìîðñêîì øåëüôå, ìîãóò ïðåïÿòñòâîâàòü ãàçîâîìó îáìåíó ñèñòåìû îêåàí–àòìîñôåðà, ñóùåñòâåííî îáåäíÿòü àýðàöèþ âåðõíèõ ñëîåâ îêåàíà è èçìåíÿòü èõ îïòè÷åñêèå ñâîéñòâà. Ðåãèñòðàöèÿ òàêèõ èçìåíåíèé ìîæåò ïðîâîäèòüñÿ âåñüìà ýôôåêòèâíî ñóäîâûìè ëèäàðàìè.
ËÈÒÅÐÀÒÓÐÀ
11. Ãîëüäèí Þ.À., Ëó÷èíèí À.Ã. Àâèàöèîííûå ëèäàðíûå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ âåðòèêàëüíîé ñòðóêòóðû îïòè÷åñêèõ õàðàêòåðèñòèê âåðõíåãî ñëîÿ îêåàíà // Ïðèïîâåðõíîñòíûé ñëîé îêåàíà. Ôèçè÷åñêèå ïðîöåññû è äèñòàíöèîííîå çîíäèðîâàíèå / Ïîä ðåä. Ïîëèíîâñêîãî Å.Í., Òàëàíîâà Â.È. Í. Íîâãîðîä: ÈÏÔ ÐÀÍ. 1999. Ò. 2. Ñ. 225–444.
12. Áðàâî-Æèâîòîâñêèé Ä.Ì., Äîëèí Ë.Ñ., Ñàâåëüåâ Â.À., Ôàäååâ Â.Â., Ùåãîëüêîâ Þ.Á. Îïòè÷åñêèå ìåòîäû äèàãíîñòèêè îêåàíà. Ëàçåðíîå äèñòàíöèîííîå çîíäèðîâàíèå // Äèñòàíöèîííûå ìåòîäû èññëåäîâàíèÿ îêåàíà. Ãîðüêèé: ÈÏÔ ÀÍ ÑÑÑÐ, 1987. Ñ. 84–125.
13. Áóêèí Î.À., Èëüè÷åâ Â.È., Ìàéîð À.Þ. è äð. Ñóäîâîé ãèäðîëèäàðíûé êîìïëåêñ äëÿ çîíäèðîâàíèÿ âåðõíåãî ñëîÿ îêåàíà // Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà. 1994. Ò. 7. ¹ 10. Ñ. 1403–1409.
14. Ýìäèí Â.Ñ. Ñðàâíèòåëüíûé àíàëèç ëîêàëüíîãî è äèñòàíöèîííîãî îïòè÷åñêèõ ìåòîäîâ çîíäèðîâàíèÿ ìîðñêîé ñðåäû // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹ 3. Ñ. 36–42.
15. Penne M.F., Abbot R.H., Phillips D.M. et al. Airborne Laser Hidrography in Australia // Appl. Opt. 1986. V. 25. ¹ 13. P. 2046–2058.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
16. Churnside J.H., Wilson J.J., Tatarskii V.V. Lidar profiles of fish schools // Appl. Opt. 1997. V. 36. ¹ 24. Ð. 6011– 6022.
17. Àëåøèí È.Â. Îïòè÷åñêèå ìåòîäû è ñðåäñòâà îïåðàòèâíîãî êîíòðîëÿ ýêîëîãè÷åñêîãî ñîñòîÿíèÿ ìîðñêîé ñðåäû // Îïòè÷åñêèé æóðíàë. 2001. Ò. 68. ¹4. Ñ.27–36.
18. Feygels V.I., Kopilevich Yu.I. Russian Airborne LIDARs for Oceanography // Proc. SPIE. 1999. V. 3761. P. 127–141.
19. Âàñèëüêîâ À.Ï., Ãîëüäèí Þ.À., Ãóðååâ Á.À. Îïðåäåëåíèå âåðòèêàëüíîãî ðàñïðåäåëåíèÿ ïîêàçàòåëÿ ðàññåÿíèÿ ñâåòà ìîðñêîé âîäû ñ ïîìîùüþ àâèàöèîííîãî ïîëÿðèçàöèîííîãî ëèäàðà // Èçâ. ÐÀÍ. ÔÀÎ. 1997. Ò. 33. ¹ 4. Ñ. 563–569.
10. Feigels V.I., Kopilevich Yu.I. Remote Sensing Subsurface Layers of Turbid Sea Water with the Help of Optical Lidar System // Proc. SPIE. 1993. V. 2048. P. 342–353.
11. Smart J.H., Know K.H. Comparisons Between in Situ and Remote Sensing Estimates of Diffuse Attenuation Profiles // Proc. SPIE. 1996. V. 2964. Ð. 100–109.
12. Êîõàíåíêî Ã.Ï., Êðåêîâà Ì.Ì., Ïåííåð È.Ý., Øàìàíàåâ Â.Ñ. Îáíàðóæåíèå íåîäíîðîäíîñòåé ãèäðîçîëÿ ïîëÿðèçàöèîííûì ëèäàðîì // Îïòèêà àòìîñôåðû è îêåàíà. 2004. Ò. 17. ¹ 9. Ñ. 750–758.
13. Êèåñ Ð.Äæ., Êðóçå Ï.Â., Ïàòëè Ý.Ã. è äð. Ôîòîïðèåìíèêè âèäèìîãî è ÈÊ äèàïàçîíîâ Ïåð. ñ àíãë. / Ïîä ðåä. Êèåñà Ð.Äæ. Ì.: Ðàäèî è ñâÿçü, 1985. 328 ñ.
14. Ìîëåáíûé Â.Â. Îïòèêî-ëîêàöèîííûå ñèñòåìû (îñíîâû ôóíêöèîíàëüíîãî ïîñòðîåíèÿ). Ì.: Ìàøèíîñòðîåíèå, 1981. 185 ñ.
15. Èâàíîâ À.Ï. Ôèçè÷åñêèå îñíîâû ãèäðîîïòèêè. Ìèíñê: Íàóêà è òåõíèêà, 1975. 390 ñ.
“Îïòè÷åñêèé æóðíàë”, òîì 75, ¹ 2, 2008
49