Моделирование прохождения лазерного сигнала через локальные неоднородности среды
https://doi.org/10.17586/0021-3454-2024-67-5-406-416
Аннотация
Исследованы искажения пространственного и временного распределения плотности мощности лазерного импульса, вносимые средой распространения. Информация о таких изменениях необходима в задачах лазерной локации, в том числе для распознавания объекта. На основе разработанной программы решения уравнения переноса излучения методом характеристик для моделирования лазерного сигнала, прошедшего через атмосферу при наличии турбулентности, связанной с локальными природными и антропогенными явлениями, выявлено воздействие этих явлений на пространственную и временную форму лазерного импульса. Проанализированы результаты расчета влияния турбулентности на временную и пространственную формы сигнала. Определены явления, при которых происходит значительное искажение импульса лазерного излучения, падающего на объект, и установлено, что такие искажения могут приводить к ошибкам распознавания объекта в лазерных локационных системах.
Ключевые слова
лазерный сигнал,
метод характеристик,
атмосфера,
турбулентность,
дальностный портрет,
лазерная локация
Об авторах
Д. Н. Кочурова
Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
Россия
Россия
Дарья Николаевна Кочурова - мл. научный сотрудник
Ижевск
А. И. Калугин
Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
Россия
Россия
Алексей Игоревич Калугин - канд. физ.-мат. наук; ст. научный сотрудник
Ижевск
Е. А. Антонов
Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
Россия
Россия
Егор Александрович Антонов - канд. физ.-мат. наук; ст. научный сотрудник
Ижевск
М. Ю. Альес
Удмуртский федеральный исследовательский центр УрО РАН
Россия
Россия
Михаил Юрьевич Альес - д-р физ.-мат. наук, профессор; директор Центра
Ижевск
Список литературы
1. Баулин Ф. Б., Бурый Е. В. Проблемы формирования систем, обеспечивающих автоматическое распознавание объектов по дальностным портретам // Компьютерная оптика. 2019. Т. 43, № 1. С. 5–13. DOI: 10.18287/2412-6179-2019-43-1-5-13.
2. Лабунец Л. В., Борзов А. Б., Ахметов И. М. Распознавание 3D объектов в однопозиционной системе лазерной локации методами интеллектуального анализа импульсных отражательных характеристик // Опт. журн. 2022. Т. 89, № 4. С. 40–51. DOI: 10.17586/1023-5086-2022-89-04-40-51.
3. Hao Q., Cheng Y., Cao J., Zhang F., Zhang X., Yu H. Analytical and numerical approaches to study echo laser pulse profile affected by target and atmospheric turbulence // Opt. Express. 2016. Vol. 24, N 22. P. 25026. DOI: 10.1364/oe.24.025026.
4. Огнев Б. И., Складчиков С. А., Чуляева Е. Г. Влияние турбулентности на распространение оптических сигналов с длиной волны 1550 нм // Лазеры. Измерения. Информация. 2021. Т. 1, № 2. С. 12–16. DOI: 10.51639/2713-0568_2021_1_2_12.
5. Аксенов В. П., Дудоров В. В., Колосов В. В. Распределение вероятностей сильных флуктуаций интенсивности вихревых лазерных пучков в турбулентной атмосфере // Оптика атмосферы и океана. 2018. Т. 5, № 5. С. 7–10. DOI: 10.15372/aoo20180503.
6. Bouhadda M., Abbou F., Serhani M., Chaatit F., Abid A., Boutoulout A. Temporal pulse broadening due to dispersion and weak turbulence in FSO communications // Optik (Stuttg). 2020. Vol. 200. P. 163327. DOI: 10.1016/j.ijleo.2019.163327.
7. Банах В. А., Герасимова Л. О., Смалихо И. Н. Численное исследование распространения короткоимпульсного лазерного излучения в турбулентной атмосфере // Квантовая электроника. 2015. Т. 45, № 3. С. 258–264.
8. Cai X., Ding L., Liu J., Liu L., Zhang K. Effect of atmospheric turbulence on laser radar // Proc. SPIE 4893, Lidar Remote Sensing for Industry and Environment Monitoring III, 2003. P. 362. DOI: 10.1117/12.466082.
9. Альес М. Ю., Калугин А. И., Кочурова Д. Н., Антонов Е. А., Трубицын В. Ю. Отражение лазерного излучения с гауссовым распределением интенсивности от шероховатой поверхности // Химическая физика и мезоскопия. 2022. Т. 4, № 24. С. 454–462. DOI: 10.15350/17270529.2022.4.36.
10. Xu X., Zhang H., Luo M., Tan Z., Zhang M., Yang H., Li Z. Research on target echo characteristics and ranging accuracy for laser radar // Infrared Phys. Technol. 2019. Vol. 96. P. 330–339. DOI: 10.1016/j.infrared.2018.12.003.
11. Li Y., Gao D., Liao H. Research on laser range profiles based on spatial domain // OSA Contin. 2020. Vol. 3, N 4. P. 1049–1057. DOI: 10.1364/OSAC.388418.
12. Цыбулин И. В., Скалько Ю. И., Павлова Е. С. Распределенный метод длинных характеристик для решения уравнения переноса // Тр. МФТИ. 2015. Т. 7, № 2. С. 51–59.
13. Методы решения уравнения переноса излучения для астрофизических моделей / М. П. Галанин, В. В. Лукин, В. М. Чечеткин. М., 2010. (Препринт / ИПМ им. М. В. Келдыша. № 59).
14. Возмищев И. Ю., Карайчев А. С., Шемякин В. Н. Модель лазерного излучателя для формирования опорного источника с супергауссовским распределением интенсивности // Тр. ежегодной НТК СПбНТОРЭС. 2020. Т. 1, № 75. С. 56–58.
15. Hahn H. K., Sachs R. The distribution of prime numbers on the square root spiral // arXiv: General Mathematics, 2008. P. 1–35. DOI: 10.48550/arXiv.0801.1441.
16. Vogel H. A better way to construct the sunflower head // Math. Biosci. 1979. Vol. 44, N 3–4. P. 179–189. DOI: 10.1016/0025-5564(79)90080-4.
17. Зуев В. Е., Банах В. А., Покасов В. В. Оптика турбулентной атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1988. 269 с.
18. Mathar R. J. Refractive index of humid air in the infrared: model fits // Journal of Optics A: Pure and Applied Optics. 2007. Vol. 9, N 5. P. 470-476. DOI: 10.1088/1464-4258/9/5/008.
19. Исимару А. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах. М.: Мир, 1981. Т. 2. 322 с.
20. Козинцев В. И., Белов М. Л., Орлов В. М., Городничев В. А., Стрелков Б. В. Основы импульсной лазерной локации: Учеб. пособие / Под ред. В. Н. Рождествина. М.: МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2006. 512 с.
21. Исаков А. А. Некоторые результаты исследований оптических и микрофизических характеристик дымов // Оптика атмосферы и океана. 1999. Т. 12, № 1. С. 23–29.
Рецензия
Для цитирования:
Кочурова Д.Н., Калугин А.И., Антонов Е.А., Альес М.Ю. Моделирование прохождения лазерного сигнала через локальные неоднородности среды. Известия высших учебных заведений. Приборостроение. 2024;67(5):406-416. https://doi.org/10.17586/0021-3454-2024-67-5-406-416
For citation:
Kochurova D.N., Kalugin A.I., Antonov E.A., Alies M.Yu. Modeling of laser signal propagation through local inhomogeneities of the medium. Journal of Instrument Engineering. 2024;67(5):406-416. (In Russ.) https://doi.org/10.17586/0021-3454-2024-67-5-406-416
Просмотров:
28
Послать статью по эл. почте 