автореферат диссертации по приборостроению, метрологии и информационно-измерительным приборам и системам, 05.11.16, диссертация на тему:Повышение точности и быстродействия измерения и обработки метеопараметров облаков и атмосферы ИК-радиометрическим комплексом

На правах рукописи

О-

Пчёлкина Наталия Владимировна

ПОВЫШЕНИЕ ТОЧНОСТИ И БЫСТРОДЕЙСТВИЯ

ИЗМЕРЕНИЯ И ОБРАБОТКИ МЕТЕОПАРАМЕТРОВ ОБЛАКОВ И АТМОСФЕРЫ ИК-РАДИОМЕТРИЧЕСКИМ КОМПЛЕКСОМ

Специальность 05.11.16 - Информационно-измерительные и управляющие системы

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 2 МАР 2033

Москва - 2009

003463744

Работа выполнена в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Слепцов В.В.

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Данилин Н.С.

кандидат технических наук, начальник сектора Кочеров С.А.

Ведущая организация: ЗЛО «НИИИН МНПО «Спектр»

Защита состоится «31» марта 2009 года в 12 часов на заседании Диссертационного Совета Д.212.119.01 в Московском государственном университете приборостроения и информатики (МГУПИ) по адресу: 107996, Москва, ул. Стромынка, д.20.

С диссертацией можно ознакомиться в научно-технической библиотеке МГУПИ.

Автореферат разослан «19 » февраля 2009 г.

Ученый секретарь

Диссертационного Совета Д.212.119.01 доктор технических наук, профессор

Филинов В.В.

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Работа посвящена исследованию и разработке методов повышения точности и быстродействия измерения и обработки метеопараметров облаков различных типов и прозрачности атмосферы ИК-радиометрическим комплексом за счет автоматизации процессов ориентации и наведения комплекса, измерения и последующей обработки экспериментальных данных.

Актуальность проблемы

Развитие науки и техники привело к увеличению воздействия человека на природу и природы на жизнедеятельность человека. Возрос интерес к природным явлениям, их количественным характеристикам и повторяемости. Все больше внимания стало уделяться погоде и климату, важным составным элементом которых являются облака.

Облака покрывают несколько более половины небосвода и влияют на многие процессы, протекающие в атмосфере и формирующие погоду, -на тепловой баланс системы Земля-атмосфера, на прохождение в атмосфере электромагнитных волн и др.

Новейшие научно-технические направления, в большой или меньшей степени, соприкасающиеся с атмосферой, потребовали знания параметров облаков - геометрических, физических и географических характеристик, их пространственно-временной изменчивости и т.д. Необходимость в таких сведениях имеется у тех, кто работает в области прогнозирования погоды, изучения климата и его моделирования, космических исследований, авиационной и радиолокационной техники и др. Это привело к необходимости привлекать новые дистанционные средства измерений, в которых применяется программируемая измерительная и вычислительная техника, позволяющая автоматизировать процессы зондирования атмосферы, анализа результатов и выдачи информации в реальном масштабе времени.

Перспективным направлением является разработка лидарно-радиометрических измерительных комплексов, работающих в видимом, ближнем инфракрасном диапазонах длин волн и в «окне» прозрачности атмосферы 8-14 мкм. Сочетание таких приборов позволяет получить дополнительную информацию о термодинамическом состоянии атмосферы (вертикальные профили температуры, влажности и ветра, распределение аэрозоля.).

Существующая, на данный момент, для этих целей измерительная аппаратура требует постоянного участия оператора как в процессе наведения и измерения, так и в дальнейшей обработке экспериментальных данных. Автоматизация этих процессов позволит уменьшить зависимость результатов от субъективных особенностей оператора. Кроме того, такая

аппаратура имеет большие стоимость и габариты, что делает ее непригодной для проведения оперативных исследований в полевых условиях. По этим причинам особую актуальность приобретает разработка современных, простых в производстве и обслуживании, мобильных, автоматизированных и надежных комплексов для контроля метеопараметров облачности.

Основной тенденцией развития такой аппаратуры является полная автоматизация процессов измерения и обработки полученных данных, чтобы свести к минимуму работу оператора.

Состояние проблемы

Ранее в многочисленных работах было теоретически и экспериментально обосновано одновременное применение лидарно -радиометрических методов. Проведение совместных ИК- и СВЧ-радиометрических, лидарных и радиолокационных измерений позволяет изучать комплекс проблем, связанных с переносом оптического излучения в атмосфере. При этом необходимо учитывать термодинамическое состояние атмосферы: вертикальные профили температуры, влажности и ветра, распределение аэрозоля.

Объединение ИК-радиометрической и лидарной аппаратуры в единую систему позволит расширить возможности комплекса (получение разнообразной информации о состоянии атмосферы) и увеличить точность и быстродействие измерения радиационных параметров облачности.

Цель работы - Повышение точности и быстродействия измерения и обработки метеопараметров облаков и атмосферы ИК-радиометрическим комплексом за счет полной автоматизации процессов ориентации и наведения комплекса, измерения и последующей обработки экспериментальных данных.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

1. Исследовать пути повышения точности и быстродействия лидарно-радиометрического метода дистанционного зондирования за счет полной автоматизации процессов ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса, измерения и последующей обработки экспериментальных данных.

2. Исследовать возможности автоматизации сканирующего ИК-радиометрического комплекса, повышающие точность и быстродействие:

процессов ориентации (начальной установки) и наведения лидарно-раднометрического комплекса на объект;

процессов лйдарно-радиометрических измерений и обработки данных, расчета радиационных параметров метеообъекта.

3. Создать автоматизированный ИК-радиометрический комплекс, включающий сканирующую установку и лидары для проведения лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облаков и атмосферы в любой точке небосклона с управляемой плоскостью сканирования без промежуточной перенастройки установки.

4. Разработать алгоритм управления приводом системы ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса на объект, позволяющий повысить быстродействие измерения мстеопараметров облаков.

5. Разработать методику лидарно-радиометрических измерений и алгоритм комплексной обработки данных, позволяющие осуществлять оперативный автоматизированный непрерывный контроль метеопараметров облачности различных типов.

6. Провести экспериментальное исследование автоматизированного ИК-радиометрического комплекса в реальных условиях.

Методы исследований

Эксперименты проводились на созданной модели комплекса с использованием универсальных и специализированных приборов. Экспериментальные исследования проведены как в лабораторных, так и в полевых условиях. Регистрация полученных в ходе экспериментов данных и их последующая обработка производилась с помощью ПЭВМ. Для математических расчетов и обработки полученных экспериментальных данных применялись пакеты программного обеспечения MathCad, «Осциллограф» (программа для управления ИК-лидаром) и Microsoft Excel. В теоретических исследованиях применялись теории физики атмосферы, механики, материаловедения, функции ошибок, статистические методы.

Научная новизна:

1. Предложено новое техническое решение построения автоматизированного комплекса, позволяющее проводить лидарно-радиометрические исследования параметров атмосферы с техническими характеристиками, превышающими базовый вариант: точностью измерения радиационной температуры метеообъекта, находящегося у горизонта, на 24,49% и быстродействием в 4,5 раза.

2. Разработана методика проведения оперативных лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облачности на автоматизированном сканирующем ИК-радиометрическом комплексе.

3. Разработан алгоритм управления приводом системы ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса на метеообъект, позволяющий проводить измерения в любой точке небосвода с 2-х координатной ориентацией плоскости сканирования.

4. Разработан алгоритм комплексной обработки экспериментальных данных для получения радиационных параметров облачности различных типов, проводящейся сразу после завершения цикла измерения.

Практическая значимость работы:

1. Изготовлен и апробирован автоматизированный сканирующий ИК-радиометрический комплекс для дистанционного контроля метеопараметров облачности и атмосферы.

2. Проведены сезонные ИК-радиометрические измерения метеопараметров облаков и проанализированы их соответствие с данными радиозондирования и со спутниковыми наблюдениями.

3. Разработанные автоматизированный сканирующий ИК-радиометрический комплекс и методика дистанционного зондирования облачности предназначены для проведения исследования метеорологической ситуации, а также экологического мониторинга в отдельном регионе.

4. Практическую значимость представляют статистические данные, полученные и обработанные в ходе исследований параметров облачности различных типов над отдельным районом Москвы.

Реализация и внедрение результатов работы

Полученные в работе результаты были внедрены в ЦАО Роскомгидромета, ИФА РАН, ЗАО «НИИИН МНПО «Спектр», ОАО «ЦНИТИ», ГПУ «Мосэкомониторинг».

Результаты работы были использованы в учебном процессе на кафедре «Приборы и информационно-измерительные системы» МГУПИ.

Апробация работы

Основные положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

XIII Международном НТС «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2004 г.

XIV Международном НТС «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2005 г.

VIII Международной НПК «Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики и экономики», г.Сочи, 2005 г.

XV Международном НТС «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2006 г.

Юбилейной научной конференции, посвященная 70-летию МГУПИ, г. Москва, 2006г.

Международном форуме «Высокие технологии XXI века», Москва, 2007г.

XVII Международном НТС «Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации», Алушта, 2008 г.

Первом Российском Молодежном Инновационном Конвенте, Москва, 2008 г.

Основные положения, выносимые на защиту

1. Повышение точности на 24,49% и быстродействия в 4,5 раза метода лидарно - радиометрического зондирования облаков различных типов, позволяющего получить их метеопараметры и оценить прозрачность атмосферы.

2. Автоматизированный процесс зондирования метеообъекта в любой точке небосвода с 2-х координатной ориентацией плоскости сканирования с помощью алгоритма управления системой приводов наведения и ориентации автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса.

3. Методика проведения измерений метеопараметров облачности на автоматизированном сканирующем ИК-радиометрическом комплексе, позволяющая осуществлять автоматизированный непрерывный контроль.

4. Алгоритм комплексной обработки данных лидарно-радиометрических измерений, позволяющий повысить их быстродействие.

Публикации

По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ в виде статей в журналах, трудах международных и российских конференций и сборнике научных трудов МГУПИ, из них 1 работа в издании, рекомендованном ВАК РФ для опубликования научных положений диссертационных работ по специальности 05.11.16 - «Информационно-измерительные и управляющие системы». В работах опубликованных в соавторстве, автору принадлежат научные и практические результаты, заявленные в диссертации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ, список которых приведен в автореферате.

Личный вклад автора

Автор принимал непосредственное участие в разработке и изготовлении автоматизированной измерительной установки, проводил экспериментальные измерения и их обработку.

Структура и объем работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, общих выводов, заключения, списка литературы из 122 наименований и приложений. Работа изложена на 148 печатных листах формата А4, содержит 72 рисунка, 22 таблицы.

2. ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, поставлена ее цель, сформулированы решаемые задачи, научная новизна, практическая значимость и сфера применения. Приводится краткое описание по главам.

В червой главе проводится теоретическое исследование путей повышения точности лидарно-радиометрических измерений. Рассмотрены радиационные и метеопараметры облаков, их зависимость от влияния термодинамического состояния атмосферы.

Исследованы количественные характеристики ИК-излучения, принимаемого наземным измерительным прибором (радиометром). Для системы земная поверхность - облако - атмосфера (рис. 1) имеем следующие энергетические потоки:

1. Нисходящее ИК-излучение всей атмосферы.

2. Дважды отраженное излучение всей атмосферы поверхностью земли и нижней границей облака, а также ослабленное в результате двойного прохождения подоблачного слоя атмосферы.

3. Нисходящее излучение непосредственно облака.

4. Восходящее тепловое излучение земной поверхности.

5. Восходящее тепловое излучение подоблачного слоя атмосферы, отраженное облаком вниз к наблюдателю.

6. Нисходящее излучение подоблачного слоя.

7. Излучение атмосферы, падающее на верхнюю границу облака, а также

1-6- потоки ИК-излучения Рисунок 1. Энергетические потоки ИК-излучения системы земная поверхность - облако - атмосфера.

При определении характеристик атмосферы полезная информация заключена в первом, третьем, шестом, седьмом и восьмом слагаемых яркостной температуры нисходящего ИК-излучения. Мешающими

факторами являются второе, четвертое и пятое слагаемые, влияние которых оценивается и учитывается на основе предварительных теоретических и длительных экспериментальных исследований.

Применение инфракрасных систем (радиометров) совместно с техникой, работающей в соседних спектральных диапазонах, дает возможность измерить и определить радиационные характеристики атмосферы и подстилающих поверхностей.

Для определения интенсивности нисходящего излучения атмосферы на уровне подстилающей поверхности решается обычное уравнение переноса длинноволнового излучения в свободной атмосфере при следующем граничном условии на высоте Н:

Ь(в,Н) = Аоб,(в)[?(н), (1)

где ¿^(Г^,)- энергетическая яркость собственного излучения облака,

определяемое как излучение абсолютно черного тела при температуре Г^,; £ог,/&) - излучательная способность облака в направлении зенитного угла в (считаем, что облако излучает по закону Ламберта и интенсивность его излучения не зависит от направления, т.е. еоЛ, не зависит от 0); Ао6л -альбедо облака в области спектра 8-14 мкм; £т(//)- яркость восходящего излучения атмосферы, пришедшего на высоту //, и определяемая собственным восходящим излучением подоблачного слоя атмосферы и излучением земной поверхности.

Измеряя интенсивность нисходящего ихтучения, можно определить температуру излучающего объекта (облака) и далее вычислить необходимые метеопараметры.

Вторая глава посвящена разработке структуры и состава автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса и его конструктивного построения. Проводится исследование направлений автоматизации комплекса и возможность их реализации, взаимное расположение измерительных приборов.

Базовая сканирующая ИК-радиометрическая установка была разработана на основе ИК-радиометра фирмы «Ка>1ек», программа которого позволяет получить на выходе непосредственно радиационную температуру поверхности измеряемого объекта (в °С) в аналоговом и цифровом виде. Рабочий спектральный диапазон прибора ДА. = 8-И4 мкм, диапазон измерений температуры ДТ = 223 -н773'К, точность измерений ± 0,6° К.

В состав автоматизированного измерительного комплекса вводятся еще два прибора, работающие в других спектральных диапазонах по активному методу.

■ ИК-лидар для измерения высоты нижней границы облака, представляющий собой лазерный дальномер со следующими параметрами:

длина волны излучения 1,06 мкм; длительность импульса 60 не; энергия импульса 0,02 Дж; угловая расходимость 1 мрад; минимальный период следования импульсов 30 с; энергопотребление 80 Вт (24 В);

* лидар для непрерывного измерения высоты нижней границы облака с подсветкой, работа которого основана на методе линейной частотной модуляции (ЛЧМ).

Полная автоматизация сканирующего ИК-комплекса подразумевает нозможность управления процессами ориентации, горизонтирования, наведения на объект и проведения измерений для всех блоков установки с единого пульта одним оператором. Это обеспечит в первую очередь синхронность измерений, значительное уменьшение погрешности наведения на объект, оперативность измерений и дальнейшей обработки экспериментальных данных.

Лидары необходимо располагать соосно с базовой сканирующей ИК-установкой. Весь комплекс должен иметь возможность одновременно изменять свое положение по азимуту и углу места.

Учитывая выше изложенные требования, была разработана структурная схема автоматизированного ИК-радиометрического комплекса (рис. 2).

ЦИФРОВОЙ КОМПАС 1 ДАТЧИКИ УГЛОВ

Рисунок 2. Структурная схема автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса.

Выбранная схема (полусфера с измерительной аппаратурой, расположенная на подшипнике) имеет большие функциональные возможности и позволяет осуществлять дистанционное зондирование облаков в любых точках небосклона и при любых углах положения плоскости сканирования.

Для определения вида облачности и выбора направления сканирования на ИК-лидаре размещена видеокамера, изображение участка неба с которой поступает на экран монитора оператора в реальном масштабе времени. Видеокамера установлена соосно со сканирующей ИК-установкой. Оператор, анализируя изображение с видеокамеры, выбирает направление зондирования в зависимости от положения метеообъекта.

Для автоматической ориентации комплекса относительно сторон света используется цифровой компас, расположенный на монтажной платформе.

Для автоматического контроля углов места и азимута используется двухосевой креномер, разработанный компанией ANALOG DEVICES, ADIS16209. Это программируемый двухрежимный датчик наклона.

Проведенный расчет центра тяжести измерительного комплекса позволил разработать кинематическую схему системы приводов ориентации и наведения, выбрать двигатели.

Разработан и изготовлен оригинальный подшипник с открытым сепаратором (рис. 3), на котором базируется полусфера с измерительной аппаратурой.

1 - основание подшипника; 2 - сепаратор; 3 - шарик; 4 - профиль Рисунок 3. Конструкция открытого радиально-упорного однорядного

подшипника.

Система приводов и конструкция полусферы позволяет обеспечить следующие кинематические характеристики ИК-комплекса:

- угол сканирования..........................................................40°;

- скорость сканирования...........................................переменная;

- вращение плоскости сканирования....................................180°;

D.

W

- диапазон утла места (при наведении).................................120°;

- диапазон азимутального угла (при ориентации и наведении).. .360°;

- угловая скорость вращения полусферы (в 3-х плоскостях)......12%;

- точность системы ориентации.............................................]

- точность системы наведения.............................................0,1°;

- точность контроля утла сканирования.................................0,1°.

Третья глава посвящена разработке алгоритма управления системой привода наведения и ориентации автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса и программного обеспечения. Проводится оценка точности и быстродействия наведения комплекса на метеообъект и оценка влияния точности датчиков углов ее на погрешность результатов лидарно-радиометрических измерений.

На основе расчета кинематического узла ИК-установки разработан алгоритм управления системой приводов и написана программа на языке С++ при помощи пакета разработки Microsoft Visual Studio 6. Для доступа к функциям СОМ-порта была применена динамическая библиотека SerialGate.dll.

Разработана и изготовлена схема подключения, которая включает в себя такие элементы как микроконтроллер (МК), преобразователь уровня, логические ключи, кристалл для микросхемы, фильтрующие конденсаторы по питанию, обвязка для преобразователя уровней, разъём для программирования МК, разъёмы для лёгкой коммутации выводов, коммутацию с микросхемой креномеров.

Оценка погрешности измерения радиационной температуры и сравнение с базовым вариантом проводилась по среднему температурному градиенту (Т^ = 6,5°/км).

Но (2)

""" cos0

где Тпрт - приземная температура воздуха (°К); Тиш - измеренная

температура нижней границы (НГ) облака ИК-терометром (°К); Н0 -

высота НГ облака в зените; в- зенитный угол, град.

В формулу (2) входят четыре переменные, точность определения которых влияет на погрешность конечного результата. Погрешность определения реальной температуры нижней границы облаков рассчитывается согласно общей методике определения функций ошибок:

V Гаг V, (3)

-«L.ÎT I + -iOL.bffi у '

I зо

где ДТ„рю - пофешность определения приземной температуры с помощью метеокомплекта, °С (АТ„ри, = 0,5°С); АО - полная угловая погрешность, град.

У базовой сканирующей ИК-радиометрической установки полная угловая погрешность наведения на метеообъект складывалась из погрешности горизонтирования и погрешности установки по углу места. Горизонтирование осуществлялось с помощью пузырькового угломера, погрешность которого составляет 1°. Установка ИК-термометра по углу места проводилась по градуировочной дуге, погрешность установки составляет 0,5°. Таким образом, полная угловая погрешность базовой ИК-установки составляет Д0 = 2°.

В разработанном автоматизированном лидарно-радиометрическом комплексе контроль углов места и азимута осуществляет двухосевой креномер, погрешность измерения которого составляет 0,1°. Общая угловая погрешность наведения автоматизированного комплекса на метеообъект составляет ДО = 0,3°.

Полученное в результате аналитического расчета выражения (3) среднеквадратическое значение полной погрешности с5Гит определяется выражением:

В результате анализа вклада погрешности креномера в погрешность определения реальной температуры нижней границы облаков 8Т получен следующий вывод: применение двухосевого креномера

позволило уменьшить полную погрешность определения реальной температуры нижней границы облаков на 24,49%.

В четвертой главе проводится описание разработанных методик проведения измерений на сканирующей ИК-радиометрической установке и ИК-лидаре, а также алгоритмов обработки данных, полученных при натурных измерениях, проведен их анализ и систематизация.

На основе этих методик была разработана методика проведения комплексных измерений на автоматизированном сканирующем ИК-радиометрическом комплексе.

Перед каждой серией измерений необходимо проводить калибровку ИК-радиометра, которая позволяет повысить его стабильность. Для ИК-лидара проверяется длительность и мощность импульса по специально разработанной методике.

Алгоритм комплексной обработки экспериментальных данных был разработан на базе эмпирических формул, позволяющих определить метеопараметры облаков различных типов.

На вход блока комплексной обработки поступают данные измерений от ИК-термометра, ИК-лидара, ЛЧМ, метеокомплекта и от датчиков углов, с видеокамеры поступает изображение сканируемого участка неба (рис.4). В результате их комплексной обработки получаем основные мете о пара метры облака (температура нижней границы (Тнг), высота нижней границы {Ннг), мощность облака (AT), его водность (W) и водозапас (со)), а также поверхностную температурную диаграмму метеообъекта в угловых координатах и тепловую карту этого метеообъекта с цветовой градацией температуры (рис. 5).

Были проведены сезонные лидарно-радиометрические измерения метеопараметров облаков и проанализированы их соответствие с данными радиозондирования и со спутниковыми наблюдениями (рис. 6). В таблице 1 приведены результаты экспериментальных измерений результаты их обработки, которые проводились 16, 23, 25 и 29 мая 2007 года.

Рисунок 4. Схема комплексной обработки результатов измерений.

Таблица 1 - Данные измерений и результаты обработки

№ Дата и время Вид облаков t° призем. Р давление Влажность, % Т инг W ю,[г/м']

1 16.05.07 14:47 Cirrus 30 743 36 -30 7.275 0.089 0.118

2 16.05.07 15:41 Cirrus 29 742 36 -30 7.372 0.09 0.112

3 16.05.07 17:19 Чистая атмосфера 29 742 28 -25 7.794 0.077 0.103

4 23.05.07 13:31 Cumulus mediocris 36 748 40.5 0 0.405 0.652 0.869

5 25.05.07 13:42 Чистая атмосфера 27 750 38 -30 8.393 0.065 0.087

6 29.05.07 10:31 Cirrus 30 747 46 -20 2.931 1.295 1.727

7 29.05.07 11:24 Cirrus 32 747 45 -20 4.417 0.197 0.263

8 29.05.07 11:47 Чистая атмосфера 34 747 45 -20 4.19 0.279 0.372

(|.е.гр,„) M-W

Рисунок 5. Фотография мстсообъскта и результаты обработки измерений.

Осциллограмма классического Осциллограмма слоистого

облака на высоте 600м облака

Спутниковая фотография облачности

Рисунок 6. Результаты измерения высоты нижней границы облачности ИК-лидаром и их сравнение со спутниковыми данными.

Накопление обработанной информации, ее систематизация и дальнейшая статистическая обработка позволили получить:

• сезонные изменения температуры и высоты нижней границы облаков различных типов над восточным районом г. Москвы;

• сезонные изменения водности различных типов облаков.

В заключении перечислены основные результаты работы и следующие из них выводы. В приложениях приведены таблицы, созданные для обработки экспериментальных данных.

3. ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Достигнуто повышение точности на 24,49% в диапазоне температур от 200 °К до 3000 °К и быстродействия в 4,5 раза лидарно-радиометрических измерений за счёт использования высокоточных датчиков углов и автоматизации процессов ориентации, наведения на объект и измерения его метеопараметров.

2. Создан экспериментальный автоматизированный сканирующий ИК-радиометрический комплекс для дистанционных измерений метеопараметров облаков и атмосферы. Комплекс позволяет проводить лидарно-радиометрические исследования параметров атмосферы в любой точке небосвода с 2-х координатной ориентацией плоскости сканирования.

3. Разработан алгоритм управления системой приводов ориентации и наведения измерительного комплекса, позволяющий наводиться на

заданную точку небосвода. Данный алгоритм управления системой приводов ориентации и наведения, программа управления блоками приводов системы ориентации и наведения на объект были внедрены на предприятии ОЛО «Центральный научно-исследовательский технологический институт» в разработках информационно-измерительных систем, что подтверждено соответствующим актом внедрения.

4. Разработан алгоритм для определения основных метеопараметров всех типов облаков в различные сезоны года, позволяющий повысить быстродействие процесса обработки результатов лидарно-радиометрических измерений.

5. Предложенные алгоритмы управления системой приводов ориентации и наведения измерительного комплекса и определения основных метеопараметров облаков доведены до практической реализации, полученные результаты проанализированы на соответствие с данными радиозондирования и со спутниковыми наблюдениями.

6. Обработанные и систематизированные данные сезонных измерений, проводимых с 2004 по 2008 гг. позволили получить ряд научных результатов:

- данные о температуре и высоте нижней границы облаков различных типов, их сезонные изменения над восточным районом г. Москвы;

- данные о водности различных типов облаков, ее сезонные изменения. Эти данные были использованы на предприятии ГПУ «Мосэкомониторинг» при сборе статистических данных о параметрах облаков над отдельным районом Москвы и исследовании метеорологической ситуации.

4. ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Основные положения диссертации изложены в следующих работах: ¡.Баранов Д.С., Новикова М.В., Панина Н.В. Разработка метода измерения низких отрицательных температур метеобъектов ИК-радиометрами // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды III Международного семинара (г. Алушта, 2004 г.). Тез. докл. - М., 2004. - с. 146.

2. Баранов Д.С., Новикова М.В., Панина Н.В. Разработка сканирующей ИК-радиометрической установки // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды III Международного семинара (г. Алушта, 2004 г.). Тез. докл. - М., 2004. - с. 148.

3. Новикова М.В., Панина Н.В. Исследование метеопараметров облаков с помощью ИК-радиометрической установки // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XIV Международного семинара (г. Алушта, 2005 г.). Тез. докл. - М., 2005. - с. 302.

4. Новикова М.В., Панина Н.В., Шведова Е. В., Яловенко В. А. Разработка следящей ИК-радиометрической установки // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XIV Международного семинара (г. Алушта, 2005 г.). Тез. докл. - М., 2005. - с. 303.

5. Слепцов В.В., Величко А.П., Новикова М.В., Панина Н.В. Исследование способа расширения измеряемого температурного диапазона в ИК-радиометрии // Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики. Научные труды VIII Международной научно-практической конференции (г. Сочи, 2005 г.), кн. Приборостроение. М., 2005,- с. 106.

6. Слепцов В.В., Величко А.П., Новикова М.В., Панина Н.В. Обоснование и обработка фотографического метода определения высоты нижней границы облачности // Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики. Научные труды VIII Международной научно-практической конференции (г. Сочи, 2005 г.), кн. Приборостроение. М., 2005. - с. 111.

7. Слепцов В.В., Величко А.П., Новикова М.В., Панина Н.В. Дистанционные исследования основных характеристик облаков различных типов в ИК-диапазоне // Фундаментальные и прикладные проблемы приборостроения, информатики, экономики. Научные труды VIII Международной научно-практической конференции (г. Сочи, 2005 г.), кн. Приборостроение. М., 2005. - с. 150.

8. Новикова М.В., Панина Н.В. Исследование оптических характеристик полупрозрачной облачности // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XV Международного семинара (г. Алушта, 2006 г.). Тез. докл. - М., 2006. - с. 329.

9. Слепцов В.В., Панина Н.В. Реализация метода ИК-радиометрического контроля параметров облачности // Вестник МГАПИ № 7, - М.: Изд-во МГАПИ, 2006.-с. 91.

10. Анисимов В.В., Величко А.П., Панина Н.В., Школьников A.B. Программное обеспечение ИК-радиометрического комплекса // Современные технологии в задачах управления, автоматики и обработки информации: Труды XVIII Международного семинара (г. Алушта, 2008 г.). Тез. докл. - М., 2008. - с. 242.

11. Пчёлкина Н.В. Пути автоматизации процессов ориентирования и наведения сканирующего ИК-радиометрического комплекса // Приборы № 9, 2008. - с. 37.

ЛР № 020418 от 08 октября 1997 г.

Подписано к печати 16.02.2009 г. Формат 60x84. 1/16. Объем 1,0 п.л. Тираж 100 экз. Заказ № 37.

Московский государственный университет приборостроения и информатики

¡07996, Москва, ул. Стромынка, 20

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ОБЛАКОВ И ЛИДАРНО-РАДИОМЕТРИЧЕС

КОГО МЕТОДА ИХ КОНТРОЛЯ

1.1. Исследование переноса излучения в атмосферы

1.2. Влияние облаков на распространение ИК-излучения

1.3. Радиационные характеристики облаков

1.4. Метод лидарно - радиометрического зондирования метеопараметров облаков

1.5. Выводы

ГЛАВА 2. РАЗРАБОТКА СТРУКТУРЫ И КОНСТРУКЦИИ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СКАНИРУЮЩЕГО ИК-РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

2.1. Анализ базовой измерительной ИК-радометрической установки

2.2. Теоретические исследования вариантов автоматизации процесса начальной установки и наведения на объект лидарно-радометрического комплекса

2.3. Структура и состав автоматизированного сканирующего

2.4. ИК-радиометрического комплекса

2.5. Разработка и расчет кинематической схемы системы приводов ориентации и наведения автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса

2.6. Выводы

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА УПРАВЛЕНИЯ АВТОМАТИЗИРОВАННОГО СКАНИРУЮЩЕГО ИК-РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА И ПРОГРАММНОГО ОБЕСПЕЧЕНИЯ

3.1. Разработка алгоритма управления приводом системы ориентации и наведения автоматизированного сканирующего ИК-радиометрического комплекса

3.2. Разработка программного обеспечения для управления автоматизированным сканирующим ИК-радиометрическим комплексом с помощью ПЭВМ

3.3. Оценка точности и быстродействия измерения метеопараметров облаков и атмосферы автоматизированным сканирующим РЖ-радиометрическим комплексом 103 3.1. Выводы

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ПРОВЕДЕНИЯ КОМПЛЕКСНЫХ ЛИДАРНО-РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ ИЗМЕРЕНИЙ НА АВТОМАТИЗИРОВАННОМ СКАНИРУЮЩЕМ ИК-РАДИОМЕТРИЧЕСКОМ КОМПЛЕКСЕ

4.1. Разработка методики проведения лидарно-радиометричес-ких измерений метеопраметров облаков на автоматизированном РЖ-радиометрическом комплексе

4.2. Разработка методики и алгоритма комплексной обработки данных лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облаков

4.3. Исследование разработанной лидарно-радиометрической аппаратуры в реальных условиях

4.4. Анализ некоторых метеорологических параметров облаков различных типов на основе результатов обработки сезонных измерений

4.5. Выводы 139 ЗАКЛЮЧЕНИЕ 140 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 141 ПРИЛОЖЕНИЕ

Развитие науки и техники привело к увеличению воздействия человека на природу и природы на жизнедеятельность человека. Возрос интерес к природным явлениям, их количественным характеристикам и повторяемости. Все больше внимания стало уделяться погоде и климату, важным составным элементом которых являются облака.

Облака покрывают большую часть небосвода и влияют на многие процессы, протекающие в атмосфере и формирующие погоду, - на тепловой баланс системы Земля - атмосфера, на прохождение в атмосфере электромагнитных волн и др.

Новейшие научно-технические направления, соприкасающиеся с атмосферой, потребовали знания параметров облаков - геометрических, физических и географических характеристик, их пространственно-временной изменчивости и т.д. Необходимость в таких сведениях появилась у тех, кто работает в области прогнозирования погоды, изучения климата и его моделирования, космических исследований, авиационной и радиолокационной техники и др. Это привело к необходимости привлекать новые дистанционные средства измерений, в которых применяется программируемая измерительная и вычислительная техника, позволяющая автоматизировать процессы зондирования атмосферы, анализа результатов и выдачи информации в реальном масштабе времени.

С середины 40-х годов прошлого века в СССР, США, а затем и в других странах начались расширенные исследования облаков с помощью наземных станций и аэростатов, позднее появились лаборатории на самолетах. По данным этих наблюдений были составлены первые обстоятельные сводки сведений о высоте, повторяемости и микрофизическом состоянии различных типов облаков [39, 78]. Начиная с середины 1960-х годов, при исследовании климатологии облаков используются также метеорологические спутники. Они позволяют боле наглядно представить облачность в глобальном масштабе. Данные наблюдений со спутников составили основу для ряда статистических и справочных публикаций о количестве облаков, их формах, глобальном распределении, взаимосвязи типов и т.д. [75].

Система зондирования атмосферы, удовлетворяющая современным требованиям науки и практики, состоит из средств космического самолетного, корабельного и наземного базирования. Она должна обеспечивать получение массивов количественных данных с требуемым пространственно-временным разрешением по погодообразующим параметрам (давление, температура, влажность, газовые компоненты, аэрозоли и облака) [49, 62]. При такой постановке задачи мониторинга атмосферы можно рассчитывать на существенное повышение надежности прогнозов погоды и одновременно загрязнения окружающей среды, включая наступления экологически опасных ситуаций и всевозможных катастрофических явлений.

Десятки тысяч метеостанций и постов, разбросанных по всему миру, собирают информацию о погоде и климате на Земле. Однако даже на территории отдельных материков распределены они крайне неравномерно, поэтому глобальную метеорологическую картину получить пока трудно. Существуют и долгосрочные программы изучения облаков, выполняемые наблюдателями с поверхности Земли и дающие важные сведения в области различных облачных явлений, но для того, чтобы провести полное и детальное исследование, их все же недостаточно [47].

Несмотря на бурное развитие программного обеспечения, темпы развития методов и аппаратуры для проведения измерения параметров облачности крайне невысоки. Существующая, на данный момент, для этих целей измерительная аппаратура требует постоянного участия оператора как в процессе наведения и измерения, так и в дальнейшей обработке экспериментальных данных. Автоматизация этих процессов позволит уменьшить зависимость результатов от субъективных особенностей оператора. Кроме того, она имеет большие стоимость и габариты, что делает ее непригодной для проведения оперативных исследований в полевых условиях. По этим причинам особую актуальность приобретает разработка современных, простых в производстве и обслуживании, мобильных, автоматизированных и надежных установок для контроля метеопараметров облачности.

Основной тенденцией развития такой аппаратуры является полная автоматизация процессов измерения и обработки полученных данных, с целью свести к минимуму работу оператора.

Ранее в многочисленных работах было теоретически и экспериментально обосновано одновременное применение лидарно -радиометрических методов [25]. Проведение совместных ИК- и СВЧ-радиометрических, лидарных и радиолокационных измерений позволяет изучать комплекс проблем, связанных с переносом оптического излучения в атмосфере. При этом необходимо учитывать термодинамическое состояние атмосферы: вертикальные профили температуры, влажности и ветра, распределение аэрозоля [44]. Перспективным направлением является разработка измерительных комплексов, работающих в видимом, ближнем инфракрасном диапазонах длин волн и в «окне» прозрачности атмосферы 8 — 14 мкм, сочетание лидарно-радиометрических приборов позволяет получить дополнительную информацию о термодинамическом состоянии атмосферы.

Цель диссертации: Повышение точности и быстродействия измерения и обработки метеопараметров облаков и атмосферы ИК-радиометрическим комплексом за счет полной автоматизации процессов ориентации и наведения комплекса, измерения и последующей обработки экспериментальных данных.

Научная новизна:

1. Предложено новое техническое решение построения автоматизированного комплекса, позволяющее проводить лидарно-радиометрические исследования параметров атмосферы с техническими характеристиками, превышающими базовый вариант: точностью измерения радиационной температуры метеообъекта, находящегося у горизонта, на 25% и быстродействием в 4,5 раза.

2. Разработана методика проведения оперативных лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облачности на автоматизированном сканирующем ИК-радиометрическом комплексе.

3. Разработан алгоритм управления приводом системы ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса на метеообъект, позволяющий проводить измерения в любой точке небосвода с 2-х координатной ориентацией плоскости сканирования.

4. Разработан алгоритм комплексной обработки экспериментальных данных для получения радиационных параметров облачности различных типов, проводящейся сразу после завершения цикла измерения.

Решаемые задачи:

1. Исследование путей повышения точности и быстродействия лидарно-радиометрического метода дистанционного зондирования за счет полной автоматизации процессов ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса, измерения и последующей обработки экспериментальных данных.

2. Исследование возможности автоматизации сканирующего ИК-радиометрического комплекса, повышающие точность и быстродействие:

- процессов ориентации (начальной установки) и наведения лидарно-радиометрического комплекса на объект;

- процессов лидарно-радиометрических измерений и обработки данных, расчета радиационных параметров метеообъекта.

3. Создание автоматизированного ИК-радиометрического комплекса, включающего сканирующую установку и лидары для проведения лидарно-радиометрических измерений метеопараметров облаков и атмосферы в любой точке небосклона с управляемой плоскостью сканирования без промежуточной перенастройки установки.

4. Разработка алгоритма управления приводом системы ориентации и наведения лидарно-радиометрического комплекса на объект, позволяющего повысить быстродействие измерения метеопараметров облаков.

5. Разработка методики лидарно-радиометрических измерений и алгоритма комплексной обработки данных, позволяющие осуществлять оперативный автоматизированный непрерывный контроль метеопараметров облачности различных типов.

6. Проведение экспериментального исследования автоматизированного ИК-радиометрического комплекса в реальных условиях.

Методы и средства исследования

Эксперименты проводились на созданной модели комплекса с использованием универсальных и специализированных приборов. Экспериментальные исследования проведены как в лабораторных, так и в полевых условиях. Регистрация полученных в ходе экспериментов данных и их последующая обработка производилась с помощью ПЭВМ. Для математических расчетов и обработки полученных экспериментальных данных применялись пакеты программного обеспечения MathCad, «Осциллограф» (программа для управления ИК-лидаром) и Microsoft Excel. В теоретических исследованиях применялись теории физики атмосферы, механики, материаловедения, функции ошибок, статистические методы.

Краткое содержание глав диссертации: Введение

• Излагается цель, научная новизна, решаемые задачи и очерчивается область применения.

• Приводится краткое описание по главам и основные научные положения, выносимые на защиту.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. Достигнуто повышение точности на 25% в диапазоне температур от 200 °К до 3000 °К и быстродействия в 4,5 раза лидарно-радиометрических измерений за счёт использования высокоточных датчиков углов и автоматизации процессов ориентации, наведения на объект и измерения его метеопараметров.

2. Разработан алгоритм управления системой приводов ориентации и наведения измерительного комплекса, позволяющий наводиться на заданную точку небосвода. Данный алгоритм управления системой приводов ориентации и наведения, программа управления блоками приводов системы ориентации и наведения на объект может использоваться при разработках информационно-измерительных систем, что подтверждено соответствующим актом внедрения.

3. Разработан алгоритм для определения основных метеопараметров всех типов облаков в различные сезоны года, позволяющий повысить быстродействие процесса обработки результатов лидарно-радиометрических измерений. Предложенный алгоритм доведен до практической реализации, полученные результаты проанализированы на соответствие с данными радиозондирования и со спутниковыми наблюдениями.

4. Обработанные и систематизированные данные сезонных измерений, проводимых с 2004 по 2008 гг. позволили получить ряд научных результатов:

- данные о температуре и высоте нижней границы облаков различных типов, их сезонные изменения над восточным районом г. Москвы;

- данные о водности различных типов облаков, ее сезонные изменения.

1. Абакумова Г.М. и др. Радиационные параметры безоблачной атмосферы Москвы и Звенигорода в июле сентябре 1992 года// Изв. РАН, Физика атмосферы и океана, 1994, т.ЗО, №2, с.204-209.

2. Абрамян Ю. А., Гаспарян Ф. В., Мартиросян Р. М. Пороговые характеристики фотодетекторов. ИК-радиометры и основные материалы современной фотоэлектроники. Ереван: ЕГУ, 2000, 153с.

3. Атмосфера. Справочник. Д.: ГИМИЗ, 1991, 509 с.

4. Ахманов С.А., Никитин С.Ю. Физическая оптика: Учебник. М.: Изд-во Моск. Ун-та, 1998, 656 с.

5. Бендат Дж., Пирсол А. Измерение и анализ случайных процессов. — М.: Мир, 1974.-464 с.

6. Богомолов П.А., Сидоров В.И., Усольцев И.Ф. Приемные устройства ИК-систем. М.: Радио и связь, 1987, 208 с.

7. Боровиков A.M., Мазин И.Г., Невзоров А.Н., Шугаев В.Ф. О строении облаков в восточной части тропической Атлантики // «ТРОПЭКС-74», т. 1, Д.: Гидрометиздат, 1976, с. 495-501.

8. Бронштейн И.Н., Семендяев К.А. Справочник по математике для инженеров и учащихся ВТУЗов. М.: Наука, 1980, 976 с.

9. Бугаенко А.Г., Зарипов Р.И. Электронные устройства управления высокоточными измерительными системами // Оптич. журнал. 2002, т. 69, №4, с. 2630.

10. Будыко М.И. О связи альбедо подстилающей поверхности с изменениями климата // Метеорология и гидрология, №6, 1998, с. 5-11.

11. Бютнер Э.К. Динамика приповерхностного слоя воздуха. Д.: Гидрометеоиздат, 1998, 158 с.

12. Васильев А.А., Шметер С.М. Влияние кучево-дождевых облаков на условия полетов. М.: ГИМИЗ, 1984, 16 с.

13. Волков. Ю.А., Блохина И.Н., Репина И.А. Радиационные потоки поверхности Земли по данным измерений и численного моделирования // Метеорология и гидрология, №7, 1999, с. 14-21.

14. Гельман М.М. Аналогово-цифровые преобразователи для информационно-измерительных систем. — М.: Изд-во стандартов, 1989. 320 с.

15. Головко В.А., Козодеров В.В., 2000: Радиационный баланс Земли: новые приложения для изучения стихийных бедствий из космоса // ИЗК, 1, с. 26-41.

16. Горчакова И.А., Репина И.А., Фейгельсон Е.М. Воздействие облаков на радиационный теплообмен в атмосфере // Известия РАН, Физика атмосферы и океана, 1998, т. 34, №1, с. 153-156.

17. Госсорг Ж. «ИК термография», М.: «Мир», 1988, 399 е.

18. Заболотских Е.В., Тимофеев Ю.М., Успенский А.Б. и др., 2002: О точности микроволновых спутниковых измерений скорости приводного ветра, влагосодержания атмосферы и водозапаса облаков // Изв. РАН, ФАО, 38,5, с. 1-6.

19. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Перенос оптических сигналов в земной атмосфере (в условиях помех). М.: Сов. Радио, 1987. 368 с.

20. Зуев В.Е., Комаров B.C. Современные проблемы атмосферный оптики. Т.1. Статистические модели температуры и газовых компонент атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986. 260 с.

21. Зуев В.Е., Креков Г.М. Современные проблемы атмосферный оптики. Т.2. Оптические модели атмосферы.JL: Гидрометеоиздат, 1986. 256 с.

22. Зуев В.Е., Наац И.Э. Современные проблемы атмосферный оптики. Т.7. Обратные задачи оптики атмосферы.JL: Гидрометеоиздат, 1990. 287 с.

23. Зуев В.Е., Зуев В.В. Современные проблемы атмосферный оптики. Т.8. Дистанционное оптическое зондирование атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1992. 232 с.

24. Зуев В.Е., Титов Г.А. Современные проблемы атмосферный оптики. Т.9. Оптика атмосферы и климат. Л.: Гидрометеоиздат, 1997. 272 с.

25. Ишанин Г.Г. и др. «Приемники излучения оптических и оптико-электронных приборов», Л.: «Машиностроение», 1986.

26. Иванов В.П. Прикладная оптика атмосферы в тепловидении. Казань: Новое знание, 2000. 357 с.

27. Источники и приемники излучения: Учеб. пособие для вузов / Ишанин Г.Г., Панков Э.Д., Андреев А.Л., Полыпиков Г.В. СПб.: Политехника, 1999. 240 с.

28. Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. М.: Наука, 1985, 198 с.

29. Косцов B.C., Ю.М. Тимофеев, 2001: Интерпретация спутниковых измерений уходящего неравновесного ИК излучения в 15 мкм полосе СОг: 1. Описание метода и анализ точности // Изв. АН, ФАО, 37, 6, с. 789-800.

30. Косцов B.C., Ю.М. Тимофеев, К. Гроссманн и др., 2001: Интерпретация спутниковых измерений уходящего неравновесного ИК излучения в 15 мкм полосе СО2: 2. Примеры обработки данных эксперимента CRISTA //Изв. РАН, ФАО 37, 6, с. 801-810.

31. Качурин Л.Г. «Методы метеорологических измерений», Л.: Гидрометеоиздат, 1985, с.

32. Кондратьев К.Я., Биненко В.И., Мельникова В.И. Поглощение солнечной радиации облачной и безоблачной атмосферой // Метеорология и гидрология, №2, 1996, с. 14-23.

33. Криксунов JI.3., Падалко Г.А. Тепловизоры. Справочник. Киев: Техника, 1987. 166 с.

34. Криксунов Л.З. «Справочник по основам ИК техники». М.: Советское радио, 1978 г, с. 397.

35. Лайхтман Д.Л. Физика пограничного слоя атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1970, 341 с.

36. Макаров А.С., Омелаев А.И., Филиппов В.Л. Введение в технику разработки и оценки сканирующих тепловизионных систем. Казань: Унипресс, 1998, 318 с.

37. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1984, 751 с.

38. Новоселов О. Н., Фомин А. Ф. Основы теории и расчета информационно-измерительных систем. 2-е изд., перераб. и доп. - М.: Машиностроение, 1991. - 336 с.

39. Паспортные данные ИК-термометра.

40. Плохенко Ю.В. 1999: Построение модели облачности по спутниковым данным многоспектральных измерений высокого пространственного разрешения в задаче спутникового температурного зондирования атмосферы // ИЗК, 3, с. 27-34.

41. Под ред. Хргиана А.Х. и Новожилова Н.И. «Атлас облаков», Л.: Гидрометеоиздат, 1978, с.

42. Под ред. Мазина Ю.Г. «Облака и облачная атмосфера». Справочник. Л.: Гидрометеоиздат, 1989, с.

43. Под ред. Кругера М.Я. «Справочник конструктора оптико-электронных механических приборов». Л.: Машиностроение, 1980, с.

44. Покровская И.В., Шарков Е.А., 1999: Структурные особенности глобального циклогенеза тропических возмущений применительно к проблемам спутникового мониторинга // ИЗК, 3, с. 3-13.

45. Покровский О.М., 2001: Методология основных и сопряженных уравнений и ее применение для оценки информативности научных и спутниковых наблюдений в численном прогнозе погоды // ИЗК, 1, с. 19-30.

46. Покровский О.М., Королевская И.П., 2001: Восстановление компонентов теплового баланса по данным спутниковых наблюдений // ИЗК, 5, с. 85-93.

47. Поляков А.В., 1999: Система обработки данных орбитальных измерений прозрачности атмосферы аппаратурой «Озон-МИР» // ИЗК, 4, с. 46-55.

48. Поляков А.В., Ю.М. Тимофеев, А.В. Поберовский, А.В. Васильев, 2001: Восстановление вертикальных профилей коэффициентов аэрозольного ослабления в стратосфере по результатам измерений аппаратурой «Озон-МИР» // ДОС «МИР». Изв. РАН, ФАО, 37, 2, с. 213-222.

49. Порфирьев Л.Ф., Комарова И.Э., Кузнецов Г.М. Некоторые перспективы применения оптико-электронных приборов для оперативного дистанционного мониторинга экосистем // Изв. Вузов. Сер. Приборостроение, 2002, т. 45, №2, с. 512.

50. Парвулюсов Ю. Б., Солдатов В. П., Якушенков Ю. Г. Проектирование оптико-электронных приборов. М.: Машиностроение, 1990, с. 432с.

51. Проектирование оптико-электронных приборов 2-е изд. Перераб. и доп. / Парвулюсов Ю.Б„ Родионов С.А., Солдатов В.П. и др.; Под ред. Ю.Г. Якушенкова. М.: Логос, 2000, 488 с.

52. Пчёлкина Н.В. Пути автоматизации процессов ориентирования и наведения сканирующего ИК-радиометрического комплекса // Приборы № 95 2008.- с. 37.

53. Радиационные характеристики атмосферы и земной поверхности /Под ред. КондратьеваК.Я., Л.: Гидрометеоиздат, 1969, 564 с.

54. Радиация в облачной атмосфере / Под ред. Фейгельсон Е.М. Л.: Гидрометеоиздат, 1981, 280 с.

55. Репинская Р.П., Бабич Я.Б., 1999: Аппроксимация рядами ЭОФ северополушарных полей облачности по спутниковым данным // ИЗК, 6, с. 815.

56. Роджерс P.P. Краткий курс физики облаков. Л.: Гидрометеоиздат, 1979, 231 с.

57. Семенченко Б.А. «Физическая метеорология», М.: «Аспект Пресс», 2002, 415 е.

58. Сивков С.И. Методы расчета характеристик солнечной радиации. Л.: Гидрометеоиздат, 1968, 232 с.

59. Скляров Ю.А., 2001: Проблема оценки многолетнего тренда солнечной постоянной и его связи с глобальной температурой // ИЗК, 6, с. 1117.

60. Скляров Ю.А., Бричков Ю.И., Воробьев В.А., Котума А.И., 1999: Измерения уходящего коротковолнового излучения и альбедо радиометрам ИКОР с ИСЗ «Метеор-3» // ИЗК, 7, 2, с. 15-26.

61. Скляров Ю.А., Бричков Ю.И., Котума А.И. и др., 2000: Радиометрические измерения с ИСЗ «Ресурс-01» // ИЗК, 4, 3, с. 58-63.

62. Соловьев В.И., Успенский А.Б., Кухарский А.В., 2002: Температурно-влажностное зондирование атмосферы регионального покрытия по данным ИСЗ «NOAA-16» // Метеор, и гидр., 2, с. 52-63.

63. Соловьев В.И., Успенский А.Б., Кухарский А.В., 2003: Опыт регионального температурно-влажностного зондирования атмосферы по данным ИСЗ NOAA // Метеор, и гидр., 2.

64. Справочник по инфракрасной технике: В 4 т. / Под ред. У. Вольфа и Г. Цесиса; Пер. с англ. Васильченко Н.В., Есакова В.А. и Мирошникова М.М. М.: Мир, 1995.

65. Таубкин И.И., Тришенков М.А. Сравнительная оценка информативности визуальных и тепловизионных методов наблюдения в условиях теплового баланса Земли // Оптич. журнал, т.62, №4, 1995, с. 11 — 18.

66. Теоретические основы радиолокации. / Под ред. Ширмана Я.Д. Учебное пособие для вузов. М.: Советское радио, 1970. 560 с.

67. Трищенков М. А. Фотоприемные устройства и ПЗС. Обнаружение слабых оптических сигналов. М.: Радио и связь, 1992, 400с.

68. Хадсон Р. Д. Инфракрасные системы. М.: Мир, 1972, 534с.

69. Характеристики акрила http://www.newartisan.ru/FILES/ha.htm

70. Хргиан А.Х. Физика атмосферы. JL: Гидрометеоиздат, 1978, т. 1, 247 е., т. 2, 219 с.

71. Элементы теории светорассеяния и оптическая локация. / Под ред. В.И. Орлова. Новосибирск: Наука, 1982 г. — 252 с.

72. Якушенков Ю. Г., Луканцев В. Н., Колосов М. П. Методы борьбы с помехами в оптикоэлектронных приборах. М.: Радио и связь, 1981, 180с.

73. Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов. М.: Логос, 2004, 480 с.

74. Auston P.M., Houze R.A. Analisis of the structure of price pitetion patterns in New England // J. Appl. Met., 1972, vol. II, p. 926-935.

75. Barnet I.I., Carney M. Middle Atmosphere Reference Model Derived from Satellite Data. Middle Atmosphere Programm, v. 16, 1985, p. 47-86.

76. Bedritsky A.I., Asmus V.V., Uspensky A.B., 1999: Current and future Russian meteorological satellite systems and their application // Proc. of the 1999, Eumetsat Meteor. Sat. Data Users'Conf.

77. Born M., Wolf E., Principles of Optics, Pergamon Press, 1975.

78. Dauguet A., La detection des radiations infrarouges, Dunod, Paris,1964.

79. Devara P. C. S. and Raj P. E. A lidar study of atmospheric aerosols du-ring two centrasing monsoon seasons//Atmosphera, vol № 4, 1998, p. 199-204.

80. Driscoll W., Handbook of Optics, McGraw, 1978.

81. Dyaduchenko V.N., Asmus V.V., Uspensky A.B., 2002: Russian weather satellites: mission objectives and development perspectives // The 2002 Eumetsat Meteorological Satellite Data User's Conf. Dublin, Ireland. 02-06 Sept. 2002.

82. Gurvich A.S. and V.L. Brekhovskikh, 2001: Study of the turbulence ' and inner waves in the stratosphere based on the observations of stellar scintillations from space: A model of scintillation spectra // Waves in Random Media, 11,3, p. 163-181.

83. Hadni F., Essential of Modern Physics Applied to the Study of the Inferared, Pergamon Press, 1976.

84. Hougton J.T., Smith S.D., Infrared Physics, Clarendon Press, Oxford,1966.

85. Hoist G.C. Testing and evaluation of infrared imaging system: 2nd ed. Winter Park, FL: JCD Publishing, 1998, 422 p.

86. Hudson R., Infrared System Engineering, Wiley, Interscience, 1969.

87. Hudson R., Hudson J., Infrared Detectors, Dowden, Hutchinson and Ross, Wiley, 1975.

88. Irwin A., Oleson J., Rodinson R. MIRAGE: calibration radiometry system // SPIE Proc., 2000, V. 4030, p. 77-83.

89. Jamieson J., McFee R., Plass G., Grube R., Richards R., Infrared Physics and Engineering, McGraw, 1963.

90. Jacobs P.A. Thermal infrared characterization of groud targets and backgrounds // SPIE Tutorial Text in Optical Engineering, V. TT26. Bellingham, Washington/ 1996.

91. Jenkins F., White H., Fundamentals of Optics, McGraw, 1957.

92. Jonson R. Vertical Motion in Near-Equatorial Winter Monsoon Convection//Jorn. Of Japan. Vol. 60, №2, 1982, p. 682-689

93. Kingston R.H., Detection of Optical and Infrared Radiation, Series in Optical Sciences, vol. 10, Springer, 1978.

94. Kruse R., McGlauchlin L., McQuistan R., Elements of Infrared Technology, Wiley, 1963.

95. Lloyd J.M., Thermal Imaging Systems, Plenum Press, 1975.

96. Mullard L.T.D., London, Applications of Infrared Detectors, 1971.

97. Pozdnyakov D.Y., Lyaskovsky A. V. 1999: A model study of the adequacy of some case II water quality retrieval algorithms suggested for inland and marine coastal waters // Earth Obs. Rem. Sens., 1, p. 70-78.

98. Pozdnyakov D.V., Lyaskovsky A.V., Grassl H., Pettersson L. 2001: Assessment of bottom albedo impact on the accuracy of retrieval of water quality parameters in the coastal zone // Earth Obs. Rem. Sens., 6, p. 3-8.

99. Pozdnyakov D.V., Lyaskovsky A.V., Grassl H., Pettersson L. 2002. Numerical modelling of transspectral processes in natural waters: implication for remote sensing // Int. J. Rem. Sens., 23, 8, p. 1581-1607.

100. Report on the Field Phase of the GARP Atlantic Tropical Exeperiment. Meteorological Atlas. GATE, rep. № 17, WMO, 1975, 117 p.

101. Robinson L.C., Physical Principles of far-Infrared Radiation, Method of Experimental Physics, vol. 10, Academic Press, 1973.

102. Semenchenko B. A., Kislov A. V. The factors of variability of radiation fluxes on the oceanic surface in the tropics // Рос. Int. Sci. Coonst. «Energetics of the tropical atmosphere». ICSU/WMO, 1978, p. 189-195.

103. SMIS IKI RAN http:// smis.iki.rssi.ru

104. Smith R.A., Jones F.E., Chasmar R.P., The Detection and Measurement of Infrared Radiation, Second Ed., Oxford, Clarendon Press, 1968.

105. Smith W., Modern Optical Engineering, McGraw, 1966.

106. Stimson A., Photometry and Radiometry for Infrared Techniques, Wiley, Interscience, 1974.

107. Vanzetti R., Practical Applications of Infrared Techniques, Wiley, Interscience, 1972.

108. Vasco A., Infrared Radiation, Iliffe Book LTD, London, 1963.

109. Willarson R.K., Beer A., Semi conductors and Semi metals, Infrared Detectors, vol. 5, Academic Press, 1970.

110. Wolfe W., Handbook of Military Infrared Technology, Office of Naval Research, Department of the Navy, Washington, D.C., 1965.

111. Walter Koechner, Solid-State Laser Engineering, 4th ed/ (Springer Berlin, 1996), Chap. 4.

112. Yudin, V.A., S.P. Smyshlyaev, M.A. Geller, and V. Dvortsov, 2000: Transport diagnostics of GCMs and implications for 2-D chemistry-transport model of troposphere and stratosphere // J. Atmos. Sci., 57, p. 673-699.