Введение к работе
і. .
Актуальность темы. Развитие . дистанционных методов определения бкооптического состояния природных вод приобретает ь настоящее время особую актуальность в связи с задачами охраны окружающей среды и рационального использования природных ресурсов. Разработка- таких мзтодоз требует комплексного экспериментально-теоретического изучения характеристик поля восходящего излучения как в целях. повышения информативности существующих методик дистанционного зондирования так и для создания новых. Эти задачи могут быть решены путем разработки модели, связывающей Физические и биологические язления и опирающейся как на теоретические предпосылки, так и на надежный экспериментальный материал.
Важную информацию о распределении жизни в океане несет свечение морского планктона (явление биолюминесценции). Применение биолюминесценции в дистанционном зондировании обещает быть важным дополнительным каналом оптической информации исследования и контроля состояния окружающей среды.
Сокращение затрат на финансирование разработок новой аппаратуры активизирует решение задач, связанных с использованием аппаратуры, создаваемой в рамках конверсии. Именно такими системами являются разрабатываемые в НПЦ "ОТГЭКС" НПО "ЭЛАС" многоспектральные камеры видимого диапазона, предказкаченные для наблюдения подстилающей поверхности Земли. Использование данной аппаратуры для мониторинга биооптического состсяяия природных вод и обнаружения биолюминесцентных аномалий имеет больпов практическое значение для изучения океанических ресурсов, оценки их запасов и темпа расходования, возможности сохранения и восстановления.
Цели и задачи работы. Целью диссертации являлось
исследование возможности мониторинга биооптического состояния океана с помощью многоспектральных камер видимого диапазона, разрабатываемых в НЩ "ОПГЭКС" НПО "ЭЛАС".
В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие задачи-.
1. Разработка физико-математическрй модели формирования и
трансформации биооптического сигнала - в системе "источник-
излучения, верхний слой океана, взволнованная граница'раздела,
приемник".
-
Программная реализация модели.
-
Расчетно-параметрическое исследование влияния параметров среды на величину информационного сигнала.
-
Проведение: в,натурных условиях эксперимента по дистанционной регистрации возмущенных полей биолюминесценции, обусловленных природными факторами и косяками рыб с помощью калиброванного, макета прибора.
5- Анализ основных тактико-технических характеристик камеры
КСЭ-ВД-03 (разработки НЩ "ОПТЭКС" НПО "ЭЛАС") с точки зрения
пригодности для решения круга задач, связанных с исследованием
водных бассейнов.
6- Разработка методики использования не калиброванных спутниковых
данных для восстановления абсолютных значений концентрации
хлорофилла. }
Научная новизна работы' заключается в том, что: I. Раз'работана приближенная методика расчета поля биолюминесцентного излучения в системе, океан-атмосфера, впервые учитывающая пространственную структуру излучателя, влияние волнения, реальные оптические свойства атмосферы и моря. На основе систематических расчетов по предложенной методике
выдвинуты требования к аппаратуре' дистанционного зондирования биолюминесцентных источников. Проведены расчеты отношения сигнал - шум при использовании существующих систем дистанционного зондирования, работающих в видимом диапазоне спектра (на основе ФЭУ, телевизионных камер, ГБС), для обнаружения биолюминесцентных объектов.
I. Впервые проведены 'дистанционные измерения поля биолюминесценции возбуждаемой как естественными так и искусственными источниками в абсолютных единицах. Проведена интерпретация полученных данных. Определена предельная глубиьа обнаружения биолюминесцентных источников.
3. Проанализированы основные тактико-технические характеристики
камеры КОЭ-ВД-03 и круг задач, связанных с исследованием водных
бассейнов, которые адекватны этим характеристикам. Предложена
методика использования некалиброванных спутниковых данных для
восстановления абсолютных значений концентрации хлорофилла.
Достоверность представленных данных обеспечивается:
-
Корректной физической и математической постановкой задачи.
-
Выбором адекватной Физической модели ч обоснованіїи сделанных допущений.
,3. Систематической проверкой алгоритмов на тестовых примерах,
4. Сопоставлением с данными натурных измерений.
Практическая ценность работы. Результаты и выводы работы, а также разработанные пакеты программ, могут быть непосредственно, использованы в практика дистанционного зондирования: для расчета трансформации биооптического сигнала в системе "источник излучения, верхний слой океана, взволнованная граница раздела, приемник"; прогнозирования ночных Фоновых условий освещенности, гри которых возможна работа систем поиска биолюминесцентных аномалий. Пакет программ по обработке спутниковой информации
используется в ПО "Полет" при проведении ОКР по созданию комплекса космический аппарат плюс КОЭ-ВД-03 и адаптации камеры для решения задач по определению качества .природных вод. Положения, выносимые на защиту. '
1. Методика расчета характеристик поля биолюминесцэнтного
из лучения в системе океан-атмосфера, учитывающая пространственную
структуру излучателя, влияние волнения, реальные оптические
свойства атмосферы и моря.
2. Интерпретация экспериментальных результатов дистанционного
зондирования бколюминесцентных полей.
-
Расчет отношения сигнал-шум для различных типов существующих оптико-электронных систем при использовании их в дистанционном зондировании биолюминесценции.
-
Методика использования некалкброванных спутниковых данных для восстань зления абсолютных значений концентрации хлорофилла.
Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись на стендовом докладе на Международном радиационном симпозиуме в городе Таллине (IS92 г.), а также рассматривались на научных семинарах в ИО РАН и ежегодных научных конференциях МФТИ (1988 - 1991 гг.).
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из
введения, 5 глав и заключения. Объем машинописного текста
составляет 90 страниц,' список литературы содержит 121
наименование. Работа иллюстрирована' 35 рисунками, б тексте 13
'таблиц. "