Ссылка для цитирования : Кочурова Д. Н., Калугин А. И., Антонов Е. А., Альес М. Ю. Моделирование прохождения лазерного сигнала через локальные неоднородности среды // Изв. вузов. Приборостроение. 2024. Т. 67, № 5. С. 406–416. DOI: 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

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 лока- ции: 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.