рассеянного лазерного сигнала позволяет определять характеристики флук-
туаций поля объемного коэффициента обратного аэрозольного рассеяния ат-
мосферы
β
(
L
)
b
(
π
)
и измерять перемещение этого поля (т.е. проводить изме-
рение скорости и направления ветра).
Конечным результатом обработки сигналов была относительная величи-
на — коэффициент вариации флуктуаций объемного коэффициента обратного
рассеяния
˜
β
(
L
)
ˉ
β
(
L
)
. Оценка
˜
β
(
L
)
ˉ
β
(
L
)
проводилась по формуле
˜
β
(
L
)
ˉ
β
(
L
)
=
β
(
L
)
−
ˉ
β
(
L
)
ˉ
β
(
L
)
≈
P
(
L
)
−
ˉ
P
(
L
)
ˉ
P
(
L
)
,
где
ˉ
β
(
L
)
— среднее значение объемного коэффициента обратного рассеива-
ния (полагалось, что оно связано линейной зависимостью со средним (по
ансамблю реализаций принимаемого сигнала) значением мощности
ˉ
P
(
L
)
сигнала обратного рассеяния);
˜
β
(
L
)
— реализация флуктуаций объемного
коэффициента обратного рассеяния (полагалось, что реализация
β
(
L
)
объ-
емного коэффициента обратного рассеяния связана линейной зависимостью
с реализацией принимаемой мощности
P
(
L
)
сигнала обратного рассеяния).
Для проверки описанного метода проводилось математическое модели-
рование и обработка экспериментально полученных данных.
Для математического моделирования был использован комплекс про-
грамм, имитирующий работу лидара. Комплекс программ включает в себя
блок моделирования двумерных полей аэрозольных неоднородностей, блок
моделирования перемещения полей аэрозольных неоднородностей под дей-
ствием средней скорости ветра, блок расчета принимаемых сигналов от
зондируемых объемов атмосферы при наличии шума измерения и блок об-
работки сигналов, реализующий описанный метод измерения мгновенной
скорости ветра. При математическом моделировании не рассматривались
флуктуации скорости ветра, т.е. во время всего измерения (5 с) скорость и
направление ветра считались постоянными. Считалось, что неоднородности
переносятся в атмосфере под действием ветра, не изменяясь.
Основной объем вычислений и, соответственно, времени моделирования
занимает этап моделирования двумерных полей коэффициента объемного
рассеяния, поэтому в работе использовались два метода моделирования дву-
мерных полей: метод канонического разложения в ряд Фурье (спектральный
метод) и метод формирующего фильтра [13]. Если значение дискретного
двумерного поля незначительно изменяется от точки к точке, то более ра-
ционально использовать спектральный метод, если значительно — то метод
формирующего фильтра.
Алгоритм формирования дискретных значений
a
p,s
двумерных полей ко-
эффициента объемного рассеяния с помощью метода канонического разло-
жения в ряд Фурье для корреляционной функции, имеющей вид функции
Гаусса (
Kr
(
ξ
) =
σ
2
exp
−
ξ
2
b
2
, где
b
– размер неоднородностей,
σ
— СКО
44 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2014. № 2
