РНФ 23-27-00345

Исследование особенностей распространения лазерных импульсов в облачности и водных средах методом Монте-Карло и разработка перспективных методов дистанционного зондирования

Web-страница проекта РНФ 23-27-00345

Добро пожаловать на веб-страницу научно-исследовательского проекта, поддержанного Российским научным фондом (проект 23-27-00345),

"Исследование особенностей распространения лазерных импульсов в облачности и водных средах методом Монте-Карло и разработка перспективных методов дистанционного зондирования"

Содержание: документы, публикации, программное обеспечение, дополнительная информация, ссылки.

Документы

· Объявление о конкурсе на сайте РНФ (pdf)

· Конкурсная документация

· Карточка проекта ...

· п.2.3.9 Соглашения:

2.3.9. Ежегодно в срок по 15 декабря включительно представлять в Фонд отчет о выполнении Проекта, который должен быть подписан в установленном порядке простой электронной подписью через Информационно-аналитическую систему Фонда в информационно-телекоммуникационной сети «Интернет» по адресу https://grant.rscf.ru (далее – ИАС), а в срок по 1 февраля включительно – отчет о целевом использовании средств гранта, по установленным формам*. Итоговый отчет о выполнении Проекта и отчеты о целевом использовании средств гранта не могут быть подписаны простой электронной подписью и должны быть представлены в Фонд в бумажном виде.

По запросу Фонда представлять распечатанные из ИАС и заверенные Организацией копии отчетов о выполнении Проекта на бумажном носителе в течение 5 (пяти) рабочих дней с момента получения соответствующего запроса.

* Формы отчета о целевом использовании средств гранта и отчета (итогового отчета) о выполнении Проекта устанавливаются Фондом. Прием Фондом отчетов осуществляется по рабочим дням с 9:00 до 17:00 мск.

Публикации

Kablukova E.G., Oshlakov V.G., Prigarin S.M. Monte Carlo simulation of laser navigation system signals. Numerical Analysis and Applications, 2023, Vol. 16, No. 3, P.208-215 DOI: 10.1134/S1995423923030023

Abstract: We have developed stochastic algorithms to simulate signals detected by the receiver of a laser navigation system designed for safe aircraft landing. Radiant flux and radiance at the receiver, as well as the contributions of radiation of different order of scattering are estimated by a Monte Carlo method. Computation results show that the proposed algorithms allow one to study the efficiency of the laser navigation system in various conditions.

Sergei M. Prigarin, Daria E. Mironova, Monte Carlo simulation of laser pulse scattering in crystal clouds, Proc. SPIE 12780, 29th International Symposium on Atmospheric and Ocean Optics: Atmospheric Physics, 1278011 (17 October 2023); https://doi.org/10.1117/12.2690428

Abstract: In the paper, we describe the results of a Monte Carlo simulation of a short laser pulse scattering in a crystal cloud. Simulation results show that expanding light rings can appear in cirrus clouds for a short time, when a laser pulse passes through a thin cloud layer. We compare simulation results for water drop and ice clouds, paying attention to the difference in irradiance at the boundaries of the cloud layers and specific features of the laser pulse scattering processes.

Kargin B.A., Kablukova E.G., Mu Q., Prigarin S.M. Monte Carlo method for numerical simulation of solar energy radiation transfer in crystal clouds. Numerical Analysis and Applications, 2024, Vol. 17, No. 2, P.140-151 DOI:10.1134/S1995423924020046

Abstract: The paper deals with numerical simulations related to radiation transfer in ice clouds. A mathematical model of crystal particles of irregular shape and an algorithm for modeling such particles based on constructing a convex hull of a set of random points are considered. Two approaches to simulating radiation transfer in optically anisotropic clouds are studied. One approach uses pre-calculated scattering phase functions for crystals of various shapes and orientations. In the other approach, no knowledge of phase functions is required; the radiation scattering angle is simulated directly at interaction of a photon with faces of crystal. This approach enables simple adjustment of the input parameters of the problem to changing microphysical characteristics of the environment, including the shape, orientation, and transparency of particles and roughness of their boundaries, and does not require timeconsuming pre-calculations. The impact of flutter on the radiation transfer by the cloud layer and angular distributions of the reflected and transmitted radiation are studied.

Prigarin S.M., Mironova D.E. Monte Carlo simulation of wide-angle LIDAR signals. Numerical Analysis and Applications, 2024, Vol. 17, No. 2, P.188-195 DOI: 10.1134/S1995423924020083

Abstract: The paper deals with Monte Carlo modeling of spatiotemporal signals of wide-angle lidars for probing atmospheric clouds. Using computational experiments, we study the features of lidar signals for monostatic and bistatic sensing schemes which make it possible to analyze the optical and microphysical properties of the cloud environment. When probing thin cloud layers, the lidar signal looks like an expanding and attenuating light ring. It is shown that for a bistatic scheme a second ring, which appears for a short time inside the main one, is characteristic of the lidar signal.

Prigarin S.M., Kablukova E.G., Zhang X. Monte Carlo simulation of polarized lidar returns for atmospheric clouds sensing. Russ. J. Numer. Anal. Math. Modelling (2024), V.39 No.3, P.131–141 https://doi.org/10.1515/rnam-2024-0013

Abstract: The paper deals with Monte Carlo simulation of polarized radiative transfer and lidar returns in sensing of atmospheric clouds. The Stokes parameters were used to describe the transfer of polarized radiation, and computation of the lidar returns was based on flux-at-point estimators. We consider modifications of the numerical algorithm with scattering according to the phase function for unpolarized light and with scattering depending on polarization. Numerical experiments were performed for lidar sensing of waterdrop clouds.

Каблукова Е.Г., Ошлаков В.Г., Пригарин С.М. Моделирование поляризованного сигнала лазерной навигационной системы методом Монте-Карло. Оптика атмосферы и океана, в печати

Аннотация: Работа посвящена моделированию методом Монте-Карло распространения поляризованного излучения от стационарного источника. Оцениваются угловые распределения параметров Стокса сигнала, регистрируемого лазерной инструментальной системой навигации. Разработанные алгоритмы применяются для оценки эффективности работы лазерной системы навигации при различных метеорологических условиях.

Prigarin S.M., An Zh., Mironova D.E. Monte Carlo simulation of laser pulse propagation in water layers. Atmospheric and Oceanic Optics (2024), in print

Abstract: With the Monte Carlo method we study the features of the propagation of laser pulses in a water layer, taking into account multiple scattering of radiation, reflection from the bottom surface and the water-air interface. We investigate the influence of the albedo of the bottom surface and the characteristics of the sea surface undulation on the ring-shaped light structures resulting from the scattering of laser pulses.

-----------------------------

XХIХ Международный Симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы", Москва, Июнь 26 - 30, 2023 [программа, труды, секция А]:

- Пригарин С.М., Миронова Д.Э. Статистическое моделирование изображения луча лазера инструментальной системы навигации. В сб.: Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXIX Международного симпозиума [Электронный ресурс], Москва, 26 - 30 июня 2023 г. - Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2023. - С.А32-А36

Аннотация. Методом Монте-Карло исследуются особенности рассеяния лазерного импульса в кристаллических облаках. Показано, что при прохождении лазерного импульса сквозь тонкий слой кристаллических облаков на короткое время в облачности могут возникать расширяющиеся световые кольца.

- Каблукова Е.Г., Пригарин С.М. Исследование зависимости лидарных эхо-сигналов от оптической толщины облачного слоя методом Монте-Карло. В сб.: Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы: Материалы XXIX Международного симпозиума [Электронный ресурс], Москва, 26 - 30 июня 2023 г. - Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2023. - С.А58-А61

Аннотация. В работе методом Монте-Карло исследуется зависимость характеристик временных лидарных эхо-сигналов от толщины облачного слоя. Предлагаются новые методики восстановления оптической толщины атмосферной облачности по эхо-сигналам моностатических лидаров для различных углов поля зрения приемника и длин лазерных импульсов.

-----------------------------

Юбилейная XХХ конференция "Аэрозоли Сибири", Томск, 28 ноября - 1 декабря, 2023 [программа, труды]:

- Пригарин С. М., Миронова Д.Э. Статистическое моделирование кольцевых эхо-сигналов CCD-лидаров при зондировании облачных сред. В сб.: Аэрозоли Сибири. Юбилейная XXX конференция: Тезисы докладов. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2023.-91с., С.55-55

- Каблукова Е. Г., Пригарин С. М. Статистическое моделирование распространения лазерного луча и тел яркости в облачных средах с учетом поляризации. В сб.: Аэрозоли Сибири. Юбилейная XXX конференция: Тезисы докладов. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2023.-91с., С.55-55

-----------------------------

Международная научная студенческая конференция (МНСК-2024), Новосибирск, 17-23 апреля, 2024 [материалы секции "Математика"]:

- Ипполитов М.С. Сравнительный анализ локальных оценок Монте-Карло для решения задач лидарного зондирования атмосферной облачности. В сб.: Математика : Материалы 62-й Междунар. науч. студ. конф. 17–23 апреля 2024 г. / Новосиб. гос. ун-т. – Новосибирск: ИПЦ НГУ, 2024, С.198-198

-----------------------------

XХХ Юбилейный Международный Симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы", Санкт-Петербург, Июль 1-5, 2024 [программа, труды, секция А]:

- Пригарин С.М., Ань Ч., Миронова Д.Э. Моделирование методом Монте-Карло распространения лазерного импульса в водном слое. В сб.: Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы [Электронный ресурс] : Материалы XXX Международного симпозиума, г. Санкт-Петербург, 1-5 июля 2024 г. - Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2024. - С.А208-А.211

Аннотация. Методом Монте-Карло изучаются особенности распространения лазерных импульсов в водном слое с учетом многократного рассеяния излучения, отражения от подстилающей поверхности и поверхности раздела вода-воздух. Исследуется влияние альбедо подстилающей поверхности и характеристик взволнованной морской поверхности на кольцеобразные световые структуры, возникающие в результате рассеяния лазерных импульсов.

- Каблукова Е.Г., Ошлаков В.Г., Пригарин С.М. Статистическое моделирование сигнала лазерной навигационной системы с учетом поляризации. В сб.: Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы [Электронный ресурс] : Материалы XXX Международного симпозиума, г. Санкт-Петербург, 1-5 июля 2024 г. - Томск: Издательство ИОА СО РАН, 2024. - С.А241-А.245

Аннотация. Разработаны алгоритмы метода Монте-Карло численного моделирования поляризованного сигнала лазерной навигационной системы, предназначенной для безопасной посадки воздушных судов. Исследуются угловые распределения интенсивности поляризованного излучения, регистрируемого приёмником, а также анализируется влияние рассеяния различной кратности на регистрируемый сигнал. Разработанные алгоритмы и программы позволяют оценить эффективность и оптимизировать работу лазерной навигационной системы в различных условиях.

-----------------------------

«Марчуковские научные чтения 2024», Новосибирск, 7-11 октября 2024 г.[программа, тезисы]:

- Пригарин С.М., Миронова Д.Э. Статистическое моделирование сигналов широкоугольных лидаров при зондировании кристаллической и жидкокапельной облачности (ссылка)
- Каблукова Е.Г., Чжан С., Пригарин С.М. Моделирование методом Монте-Карло сигналов лидарного зондирования атмосферной облачности с учётом поляризации (ссылка)

-----------------------------

XХХI конференция "Аэрозоли Сибири", Томск, 26 - 29 ноября, 2024 [программа, труды]:

- Пригарин С.М., Каблукова Е.Г., Чжан С. Сравнение двух методов статистического моделирования переноса поляризованного оптического излучения в атмосферной облачности. В сб.: Аэрозоли Сибири. XXXI конференция: Тезисы докладов. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2024.-73с., С.25-25
- Каблукова Е.Г., Пригарин С.М. Комплекс программ для расчета угловых и временных распределений поляризованного излучения при лидарном зондировании. В сб.: Аэрозоли Сибири. XXXI конференция: Тезисы докладов. Томск: Изд-во ИОА СО РАН, 2024.-73с., С.26-26

Программное обеспечение

- Программа LIDAR-1v23 для статистического моделирования временных эхо-сигналов лидарного зондирования атмосферной облачности и других рассеивающих сред (без учёта поляризации, исполняемые файлы для 32 и 64-разрядных версий MS Windows).
- Software (and papers) devoted to simulation of stochastic structure of clouds can be found here, here, and here.
- A “remix” of the Mie programs (with Fortran sources).
- Программа Polar_LIDAR (Win-64 версия) для расчета временных распределений поляризационных характеристик детектируемого сигнала для ЛИДАРных систем зондирования рассеивающих и поглощающих сред.

Дополнительная информация

A table of refractive index of ice

Ссылки

THOR (airborne lidar)

Обновлено: декабрь 2024

Page updated

Google Sites

Report abuse