Атмосферно-оптические линии связи (АОЛС) обеспечивают высокую надежность и безопасность передачи данных между объектами А-Б-В. Это обусловлено использованием модулированных инфракрасных световых волн, которые обеспечивают устойчивость каналов связи на расстояниях от 50 метров до 15 километров.
Технология FSO
Технология, на которой основаны АОЛС — FSO (Free Space Optics), позволяет передавать электромагнитные волны в оптическом диапазоне через атмосферу или вакуум. Преимущества данной технологии включают отсутствие необходимости проектных и лицензионных мероприятий, а также низкую стоимость использования за счет отсутствия оплаты за радиочастотный спектр.
Компоненты оборудования
Оборудование для АОЛС состоит из передающего модуля, оптического кабеля и приемного модуля. Передатчик содержит сильный полупроводниковый лазерный диод и осуществляет модуляцию оптического лазерного излучения. Приемный модуль преобразует оптический сигнал в электрический для дальнейшей обработки данных.
Надежность и безопасность
Атмосферно-оптические линии связи обладают высокой надежностью и безопасностью передачи данных. Помехоустойчивые коды и шифрование сигналов обеспечивают конфиденциальность информации при передаче через атмосферу.
Основная идея технологии заключается в создании стабильных каналов связи с использованием инфракрасного излучения, что делает АОЛС прогрессивной и надежной технологией для передачи данных между объектами на различных расстояниях.
Надежность связи в различных погодных условиях
Надежность канала связи определяется отношением времени безотказной работы линии к общему времени работы. Это один из основных параметров, определяющий потребительские качества системы. Навык эксплуатации АОЛС показал, что дожди, туман и снег средней интенсивности оказывают небольшое влияние на работоспособность линий связи с необходимым динамическим потенциалом.
Влияние тумана на надежность связи
Ухудшение видимости менее 1 километра из‑за плохих погодных условий, таких как: метель, снегопад, проливной дождь, имеет повторяемость не более 5–10%, остальные 90–95% приходятся на туманы. Вероятность возникновения тумана зависит от географического местоположения, сезона года, и характера погодных действий. Туман может сплошь застилать значительную территорию или появляться местами, обладая значительной пространственно-временной изменчивостью.
Статистика по туману
Туман в среднем наблюдается 60 дней в году, преимущественно в утреннее время. Густой туман видимостью менее 500 м появляется в 45% случаев, что препятствует работе системы АОЛС в среднем 4–5 дней в году. Проектируемая система АОЛС обладает доступностью 99,5%, что считается удовлетворительным показателем.
Влияние климата на FSO системы
Работа канала связи системы FSO зависит от погодных условий и физических характеристик места установки. Климат и параметры установки, влияющие на видимость, также сказываются на качестве связи системы FSO. Типичная FSO система имеет работоспособность на расстоянии в 2–3 раза превышающем расстояние прямой видимости при любых окружающих условиях.
Безопасность связи
Безопасность играет важную роль во всех системах беспроводной связи. Радиочастотные системы могут быть подвержены перехвату сигналов во всех направлениях. Для увеличения защищенности радиочастотных сетей применяется шифрование и различные средства защиты передаваемой информации. Системы АОЛС обычно устанавливаются на крышах, создавая дополнительный физический барьер для злоумышленников.
Преимущества FSO систем
FSO системы в большинстве случаев не имеют проблемы потери информации из-за излучения по боковым лепесткам, в отличие от радиочастотных систем. Вся энергия пучка направлена на передачу в очень узком угле расхождения.
Непрерывная связь и безопасность
Для предотвращения перехвата информации с помощью детектора на пути пучка, связь будет автоматически прервана. Поэтому попытки перехвата информации обычно происходят за зданием, где установлен приемник, пытаясь использовать часть луча, находящуюся за зданием.
Два основных способа предотвращения перехвата информации включают в себя:
- Шифрование передаваемой информации
- Физический барьер для злоумышленников, обладающий пространственными и временными ограничениями.
Рисунок 2 – Луч экранирован для защиты от перехвата за приемником
Рассеяние сигнала
При распространении сигнала через атмосферу на него влияют несколько факторов, описанных выше. Злоумышленник способен украсть информацию, применяя случайные эффекты рассеяния. Данные эффекты носят непроизвольный характер и меняются очень быстро, не предоставляя доступ прогнозировать конкретные места для утечки сигнала.
Экспериментальные доказательства данного явления находятся в статье Характеристика оптического беспроводного канала. Согласно этим данным обнаружилось, что наибольшее отклонение, которое может возникнуть, составляет ± 70 мрад. Это отклонение имеет низкую величину и не выходит за рамки безопасного диапазона, рекомендуемый для луча.
Применение атмосферно-оптической линии связи
Технология FSO используется многими предприятиями и организациями для быстрого развертывания надёжных, недорогих и безопасных широкополосных линий связи. Физические препятствия, такие как автомобильные и железнодорожные линии и даже другие здания в промышленной зоне, являются основополагающим при использовании систем беспроводной связи.
Использование системы АОЛС для передачи данных между зданиями делает практически невозможным считывание и незаметный перехват сигнала.
Рисунок 3 – Использование АОЛС в качестве быстрого развертывания и передачи данных
Высокоэффективные беспроводные системы, основанные на использовании технологии FSO, являются реальной альтернативой в телекоммуникационных системах беспроводным линиям радиосвязи и ВОЛС. Возможность быстрого развертывания безлицензионной защищенной беспроводной системы, обладающей большой пропускной способностью и независимостью от протокола передачи данных, позволяет использовать FSO при построении корпоративных сетей передачи данных.
Участки сетей, где требуются каналы связи, не подверженные действиям электромагнитных полей, помех, наводок
Возможно создание на базе АОЛС высоконадежных и высокозащищенных каналов. В пользу АОЛС в этом случае говорят следующие факторы:
Проектирование АОЛС
Для проектирования оборудования были тщательно рассмотрены плюсы и минусы, есть несколько немаловажных моментов, которые стоит указать:
Технология атмосферных оптических линий связи является перспективным и надежным средством для передачи информации.
В данной статье была разработана атмосферно-оптическая линия связи между объектами А-Б-В. Оборудование АОЛС будет установлено на мачтах.
При проектировании линии необходимо обращать внимание на следующие особенности: связь будет установлена при условии, что точки приемопередатчиков находятся в пределах прямой видимости, то есть на пути распространения луча нет препятствий, также учитывается маршрут между мачтами, где будет установлено оборудование. Если приемопередатчики расположены в пределах прямой видимости, то лазерный луч будет свободно проходить от одного устройства к другому.
ARTOLINK M1-FE-L – это высокотехнологичное оборудование для атмосферно-оптической связи, разработанное отечественным производителем Мостком. Эта модель предлагает высокую пропускную способность передачи данных и надежное соединение точка-точка.
Основные характеристики ARTOLINK M1-FE-L включают:
- Скорость передачи данных до 1 Гбит/с.
- Высокая конфиденциальность передачи информации.
- Простая и быстрая установка оборудования.
- Минимальные затраты на монтаж и эксплуатацию.
Это оборудование идеально подходит для создания надежной и высокоскоростной атмосферно-оптической линии связи между точками А, Б и В.
При выборе оборудования для атмосферно-оптической связи, необходимо учитывать требования к скорости передачи данных, пропускной способности канала связи, надежности соединения и конфиденциальности передаваемой информации. ARTOLINK M1-FE-L сочетает все эти характеристики, делая его идеальным выбором для вашего проекта.
Доверьте установку атмосферно-оптической линии связи профессионалам и обеспечьте надежное и быстрое соединение между объектами А, Б и В с помощью ARTOLINK M1-FE-L от Мостком.
В FSO оборудовании Artolink применена фирменная технология «двойного канала» с применением специально откалиброванного радиоканала. Данное решение обеспечивает доступность гибридного канала оптической линии связи в реальном времени на уровне надежности оператора при сохранении пропускной способности канала, присущей FSO соединению. Технология «двойного канала» реализована в АОЛС Artolink на основе специального интерфейсного модуля. Он управляет переключением трафика между оптическим блоком и радиоканалами.
Уникальные особенности гибридного радио оптического решения, реализованные только в атмосферных оптических линиях связи Artolink:
Данная модель АОЛС имеет 2 типа комплектации:
Отличительные особенности
Автоматическая регулировка оптической линии связи гарантирует точность наведения 0,08 мрад в независимости от движения опоры, на которой закреплено FSO оборудование. В время установки и эксплуатации АОЛС приемопередающие модули настраиваются друг на друга автоматически, что значительно повышает надежность и безопасность атмосферно‑оптической линии связи, при одновременном снижении затрат на техническое обслуживания FSO оборудования. В то же время для установки АОЛС не требуется дополнительного регулировочного оборудования.
Механизм ALLF (Active Link Loss Forwarding) предоставляет конечным сетевым устройствам (коммутаторам, маршрутизаторам), подключенным к порту 1, сообщение о прекращении канала связи. Это позволяет применять данную модель в классических решениях с транкингом каналов. При включенном ALLF отключение связи на любом из участков канала (проводное подключение оконечных устройств к порту 1, одновременное прерывание оптического и резервного каналов) приводит к отключению сигнала связи Link на порту 1 обоих терминалов. В то же время состояние канала связи в точке его разрыва постоянно проверяется, и его возобновление (включая сигналы связи Link) происходит автоматически без вмешательства персонала.
Резервный канал 5,2–5,8 ГГц с увеличением рабочих дистанций до 7000 м или 72–75 ГГц для дистанций до 2500 м.
Отслеживание управляемых сетевых устройств, включая маршрутизаторы, коммутаторы, серверы, принтеры и др.
Невидимость беспроводной атмосферной оптической линии связи достигается за счет узкого луча с малой расходимостью (0,55 мрад).
Защита FSO системы Artolink от солнечной засветки за счет использования мощной оптической селекции в канале приема, а также малого углового поля зрения оптического приемника (3 мрад).
Ощутимо увеличивает ресурс АОЛС (до 120 000 часов), а также дополнительно повышает безопасность, труднодоступность беспроводной оптической линии связи на расстоянии до 1 км.
Трехкратное резервирование атмосферных оптических каналов связи (3 передатчика) и пространственное разнесение приёмных апертур (2 приёмных объектива) дают гарантию на надежную работу внутри помещений (через стекло) и в условиях сильной турбулентности атмосферы.
Автоматический управляемый переход на резервный канал (выполненный на базе оборудования PreWi‑Max (5,2–5,8 ГГц) и активный не более 1% в год) с возможностью автоматической коммутации питания обеспечивает высокую надежность, безопасность, труднодоступность атмосферного оптического канала связи.
Специализированное программное обеспечение для мониторинга FSO оборудования по IP сетям или RS232.
Обмен служебной информацией между терминалами АОЛС без участия основного канала.
Конструктивные особенности
Защищает FSO оборудование от перегрева, попадания снега или пыли на объективы приемопередающих устройств.
Приёмник и передатчик АОЛС Artolink объединены в один блок, что упростило и ускорило установку FSO оборудования и решило проблему с точностью наведения.
Обеспечивает надёжность передачи данных и стабильность параметров атмосферно‑оптической линии связи Artolink в суровых погодных условиях.
Два кабеля спуска по 50 м.
АОЛС Artolink нацелены на самостоятельный монтаж потребителями.
220V AC / 48V DC. Не высокая (до 20 Вт) потребляемая мощность.
В таблице 2 приведены общие основные характеристики оборудования Artolink M1-FE‑L
Таблица 2 – Общие параметры Artolink M1-FE-L
Анализ антенно-мачтовых устройств
Мачты — стандартные изделия, позволяющие обеспечить надежную установку в минимальные сроки, в местах, где есть ограничения по площади, а также на поверхностях, имеющих ограничения по нагрузке на кровлю (почву) и т. д.
Ипы антенно-мачтовых устройств, достоинства и недостатки
Мачта должна обеспечивать стабильность передачи сигнала на больших площадях, так как на них установлено передающее оборудование. В настоящее время существуют различные типы мачт. Каждый тип имеет свою собственную конструкцию, способ установки системы и свои особенности, а также область применения.
Телескопические мачты связи
Высота сооружения достигает 25 метров. Такие мачты имеют низкую стоимость, и они также просты в установке. Металлические конструктивные элементы, состоящие из труб разного диаметра, соединены друг с другом болтами. Данный способ соединения позволяет быстро собрать мачту или разобрать, и перенести ее на новое место. К плюсам телескопических мачт связи относится устойчивость к коррозии, которая обеспечивается горячим цинкованием деталей.
Рисунок 8 – Телескопическая мачта связи
Составные мачты связи
Данный тип мачт имеет противостояние высоким ветровым нагрузкам. Данные сооружения в высоту достигают 25 м. Этот факт показывает наличие в конструкции системы растяжек. Удобны составные мачты и в монтаже. Установка производится с помощью специального станка‑подъемника, который, собственно, и позволяет применять всю конструкцию не один раз. С помощью такого оборудования составная мачта легко разбирается и обратно возводится.
Рисунок 9 – Составная мачта связи
Фермные мачты связи
Еще одно название фермных мачт связи — решетчатые. Данный тип конструкции в высоту достигают до 90 м, и при этом всем они устойчивы к ветровым нагрузкам. Мачты собираются из отдельных секций, достигающих в высоту 2–3 м. При верном монтаже конструкция выдерживает до 400 кг полезного груза. Фермные мачты делятся на 2 вида, которые отличаются способом закрепления на месте установки:
На рисунке 10 можно увидеть, как выглядит крепление оттяжек фермной мачты.
Рисунок 10 – Крепление оттяжек фермной мачты
Фермные мачты выгодны тем, что за счет своей значительной высоты обеспечивают большие зоны покрытия, и даже на бугристой местности. Чтобы всю металлоконструкцию было удобнее обслуживать, ее оснащают специальными подъемными механизмами, которые помогают в монтаже.
Рисунок 11 – Фермная мачта связи
Проанализировав типы мачт, можно сделать вывод, что в данном проекте целесообразно использовать фермную мачту связи. Так как нам необходимы мачты высотами 27 и 36 м.
Ермная мачта ООО «НордВерк»
Был сделан выбор в пользу фермной мачты отечественного производства ООО «НордВерк» серии МФС.
ООО «НордВерк» (предприятие Группы компаний NordWerk) — компания, которая является ведущей на рынках России и странах СНГ по производству молниеотводов и мачт.
Стальные фермные мачты серии МФС на оттяжках предусмотрены для установки приемо‑передающих устройств с максимальным весом до 100 кг., которые применяются в разных областях:
Фермные стальные мачты серии МФС имеют форму треугольного сечения и в классическом исполнении изготавливаются из стальных труб различного диаметра с длиной ребра 40 см и секции 3 метра. Одна сторона мачты имеет горизонтальные распорки‑лестницу.
В зависимости от места, фермные стальные мачты МФС можно устанавливать на землю, крышу и стену.
Существует два способа подъема и установки фермных стальных мачт МФС:
Для защиты оборудования от молний на самой вершине мачты может быть предусмотрен молниеприемник, а в комплекте поставляться контур заземления. Токоотводом может служить как сам корпус мачты, так и отдельный изолированный кабель, проходящий вдоль мачты. Подземный контур заземления устанавливается сразу при постройке заглубленного фундамента и соединяется с наземной частью анкерной группы.
В ходе данной работы будет произведен вынос оборудования АОЛС на высокую точку, на мачту.
Между оборудованиями нет объектов, препятствующих прохождению сигнала, так как высота объектов не превышает 21 метра. На рисунках 12, 13, 14 отображены: высота рельефа и расстояние между оборудованиями, где видно, что в данном проекте используется фермная мачта высотой 27 и 36 метров. В таблице 3 приведены технические характеристики фермной мачты отечественного производства ООО «НордВерк» серии МФС.
Рисунок 12 – Маршрут атмосферно-оптической линии между В-А
Рисунок 13 – Маршрут атмосферно-оптической линии между В-Б
Рисунок 14 – Маршрут атмосферно-оптической линии между Б-А
Таблица 3 – Технические характеристики фермной мачты отечественного производства ООО «НордВерк» серии МФС
Влияние ветровой нагрузки на оборудование
К ветровой нагрузке относится образовавшееся давление на наветренную сторону зданий и сооружений, на мачты, дома, линии опоры и т. д. Ветровая нагрузка определяется за определенный период времени максимальной скоростью ветра в определенной области.
Воздействие нормативного ветра приводит к образованию результирующего распределения избыточного давления на конструкцию. Нормативная средняя ветровая нагрузка является наиболее важной характеристикой, используемой для определения сил и моментов воздействия ветра на проектируемые сооружения и их конструктивные элементы при оценке расчетов прочности для воздействия ветра.
Лияние ветровой нагрузки на антенно-мачтовые устройства
При проектировании конструкций расчёт ветровой нагрузки ведётся с учётом двух параметров: средней составляющей и пульсационной.
По данным карты ветровых районов РФ, в Ленинградской области (ветровой район — II) нормативное значение ветровой нагрузки составляет W_0 = 30 кгс/м^2. В таблице 4 приведены нормативные значения ветровой нагрузки по районам.
Таблица 4 – Нормативные значения ветровой нагрузки по районам
Ниже представлены расчёты ветровой нагрузки на мачту.
Асчет ветровой нагрузки
где W0 — нормативное значение ветрового давления принимается в зависимости от ветрового района России по данным таблицы 4. В Ленинградской области принимаем W0 = 30 кгс/м2;
k — коэффициент, учитывающий изменение ветрового давления по высоте k = 1,1. В таблице 5 приведены значения коэффициента k для типов местности;
c — аэродинамический коэффициент в нашем случае c = 0,8.
Таблица 5 – Коэффициент k для типов местности
В — городские территории, лесные массивы и другие местности, равномерно покрытые препятствиями высотой более 10 м.
γ – коэффициент надежности по нагрузке принимаем равным 1,4;
f – предельное значение частоты собственных колебаний принимаем f = 3,4 Гц;
v — коэффициент пространственной корреляции пульсаций давления ветра принимаем равным 0,72.
Рисунок 15 – Коэффициенты динамичности
1-для железобетонных и каменных сооружений, а также зданий со стальным каркасом при наличии ограждающих конструкций (f = 0,3);
2-для стальных башен, мачт, футерованных дымовых труб, аппаратов колонного типа, в том числе на железобетонных постаментах (f = 0,15).
Таблица 6 – Предельное значение частоты собственных колебаний
Для стальных башен, мачт, аппаратов колонного типа, в том числе на железобетонных постаментах f = 0,15.
Таблица 7 – Коэффициент пульсации давления ветра для типов местности
Ветровая нагрузка составляет 44,64 кгс/м^2, что соответствует надежности антенно‑мачтового устройства.
Расчет стоимости АОЛС
Исходя из средней рыночной стоимости, был произведен первичный расчет стоимости атмосферно‑оптической линии связи между объектами А‑Б-В.
В таблицах 8 и 9 приведены стоимости оборудования и установки оборудования.
Таблица 8 – Стоимость оборудования
Таблица 9 – Стоимость установки оборудования
Сумма расчёта стоимости атмосферно‑оптической линии связи между объектами А‑Б-В составляет 1 294 000 тыс. рублей (по итогам таблиц 8 и 9). Данные денежные средства являются суммой, которая необходима для первичной реализации данного проекта.
Заключение
Для атмосферно‑оптической линии связи было выбрано оборудование отечественного производителя Artolink M1-FE‑L и будут использоваться фермные мачты отечественного производства серии МФC-27 и МФC-36.
Было обращено внимание на следующие особенности: связь будет установлена при условии, что точки приемопередатчиков находятся в пределах прямой видимости, то есть, на пути распространения луча нет препятствий, так же учитывался характер маршрута между мачтами, где будет установлено оборудование. Если приемопередатчики расположены в пределах прямой видимости, то лазерный луч будет свободно проходить от одного устройства к другому.
Был выполнен первичный расчёт экономических затрат для проектирования атмосферно‑оптической линии связи между объектами А‑Б-В.
Проведя анализ полученных данных можно сказать, что данная система АОЛС обладает доступностью. АОЛС используют разные организации и компании, которым требуется оперативно развернуть надежную, недорогую оптическую связь, таким образом вполне можно отказаться от использования стекловолокна там, где его прокладка в принципе невозможна.
Полученные результаты можно использовать для проектирования АОЛС, так как атмосферные оптические сети становятся популярными на рынке телекоммуникационных услуг. Их применение обеспечивает снижение административных затрат ввиду отсутствия лицензирования частот для передачи сигнала. А передача информации на больших скоростях будет востребована среди телекоммуникационных компаний.
Поиск по журналу
С помощью источника синхротронного излучения SOLEIL в диапазоне 30-200 см-1 были зарегистрированы спектры высокого разрешения, соответствующие чисто вращательной полосе и полосе ν2-ν2 двух наиболее распространенных изотопических форм озона с одним тяжелым атомом кислорода 18O. Кроме того, колебательно-вращательные полосы ν2 были зарегистрированы в диапазоне от 550 до 880 см-1 с использованием классического источника glowbar, что позволило расширить и уточнить информацию по сравнению с опубликованными данными для наблюдаемых переходов этих полос. Анализ зарегистрированных спектров позволил получить набор экспериментальных уровней энергии для основного (000) и первого изгибного (010) колебательных состояний, который значительно превышает литературные данные с точки зрения вращательных квантовых чисел. Для двух изотопических модификаций были проведены взвешенные подгонки всех экспериментальных положений линий, включая ранее опубликованные микроволновые данные. В результате были получены улучшенные значения вращательных параметров и параметров центробежного искажения для состояний (000) и (010), что позволило смоделировать положения экспериментальных линий со взвешенными стандартными отклонениями 1,284 (2235 переходов) и 0,908 (4597 переходов) для 16O16O18O и 1,168 (824 перехода) и 1,724 (2381 переход) для 16O18O16O соответственно.
Исследование спектров высокого разрешения молекулы сероводорода в районе 760 нм
Зарегистрированы спектры молекулы сероводорода в диапазоне 12930-13310 см-1 при комнатной температуре и трех давлениях 10, 20 и 30 торр на высокочувствительном лазерном спектрометре внутрирезонаторного затухания с чувствительностью по коэффициенту поглощения 3 × 10-11 cм-1. Определены центры и интенсивности спектральных линий. Выполнено теоретическое моделирование этих спектров в рамках метода эффективных операторов. Отмечено значительное расхождение рассчитанных вариационным методом ( Azzam A.A.A., Yurchenko S.N., Tennyson J., Naumenko O.V. Exomol line lists XVI: A hot line list for H2S // Mon. Not. R. Astron. Soc. 2016. V. 460. P. 4063-4074) и экспериментальных значений центров и интенсивностей спектральных линий.
Положения центров линий поглощения, интенсивности, коэффициенты самоуширения и самосдвига
Впервые с высокими разрешением (0,00016 см-1) и пороговой чувствительностью (~ 1E-26 см/молек.) зарегистрирован спектр поглощения молекулы H2S в диапазонах 6227,506-6236,844 и 6244,188-6245,348 см-1 при комнатной температуре и давлении 0,001-0,06 атм. Измерения проведены в Институте общей физики РАН на высокочувствительном диодном лазерном спектрометре высокого разрешения с отношением сигнал/шум более 10000. Впервые измерены коэффициенты сдвига центров линий и их столкновительного уширения, зарегистрированы новые линии. Определенные в настоящей работе значения положений центров линий отличаются от расчетных, представленных в базе данных HITRAN, на величину Δν = (νH – νexp) × 103 см-1 ≈ 0,001-0,01 см-1; значения интенсивностей совпадают существенно хуже, относительные разности 100% × ( SH – Sexp)/ SH составляют десятки процентов, интенсивности пяти линий отличаются на сотни и более процентов.
Структурированная филаментация мощного фемтосекундного лазерного излучения при модуляции амплитудными сетчатыми масками
Теоретически рассмотрена проблема управления параметрами области филаментации мощных фемтосекундных лазерных импульсов при амплитудной модуляции излучения металлической сетчатой маской. В этом случае исходный лазерный пучок разбивается на отдельные субпучки меньшей энергии, что приводит к выраженной регуляризации пространственной структуры филаментов, формирующейся на этапе самофокусировки излучения за счет дифракционного взаимодействия между субпучками в нелинейной среде. С помощью численного моделирования установлено, что при использовании модуляционных сеток сокращается общая длина области филаментации фемтосекундного лазерного излучения в воздухе. Продольная связность лазерной плазмы в таких филаментах может существенно повышаться. Показано, что пространственными характеристиками филаментов (начало, протяженность, связность) можно управлять в широких пределах путем изменения параметров сеток (толщина перекрестий, размер ячеек), а также положения сеточной маски относительно центра лазерного пучка. Результаты работы важны для прогнозирования распространения мощного фемтосекундного лазерного излучения в нелинейной среде, в частности на атмосферных трассах.
Исследование оптических свойств атмосфер горячих экзопланет численным моделированием транзитных поглощений в линии HeI 10830 A
Транзитные наблюдения экзопланет позволяют измерять такие величины, как температура и относительное содержание различных элементов в их атмосферах. Для измерения параметров атмосфер экзопланет методом транзитного поглощения широко применяется инфракрасная линия метастабильного гелия HeI 10830 Å. Спектры излучения (спектральная плотность мощности) звезд существенно влияют на физико-химические параметры верхних слоев атмосфер. Для звезд различных спектральных классов методом численного моделирования исследуются особенности транзитных поглощений в линии HeI 10830 Å. Результаты демонстрируют ключевую роль спектра звезды в формировании верхней атмосферы и амплитуде транзитных поглощений экзопланет в линии HeI 10830 Å.
Применение сверточной нейронной сети U-Net и ее модификаций для сегментации тундровых озер на спутниковых оптических изображениях
Тундровые озера – важный индикатор изменений климата, поэтому анализ динамики их размеров представляет особый интерес. В работе представлены результаты применения сверточной нейронной сети U-Net для сегментации тундровых озер по спутниковым оптическим изображениям на примере данных Landsat. Выполнена сравнительная оценка точности сегментации с помощью оригинальной архитектуры U-Net и ее модификаций: U-Net++, Attention U-Net и R2 U-Net, в том числе с использованием весов, полученных на основе предварительно обученной сети VGG16. Точность сегментации оценивается путем сравнения с результатами ручного картирования тундровых озер в северных районах Сибири. Обучение сетей производилось на основе 500 изображений Landsat; 250 изображений использовались в качестве тестовых. Показано, что более современные модификации U-Net не дают практически значимого выигрыша в точности сегментации, но увеличивают вычислительные затраты. Наилучший результат показывает конфигурация на основе классической реализации U-Net (средний коэффициент Жаккара IoU = 0,88). Предложенный метод и полученные оценки могут использоваться при изучении тенденций современного климата Земли.
Изменчивость характеристик однослойных облачных полей над Западной Сибирью в зимний период 2001-2019 гг. по данным MODIS
В продолжение первой части статьи приводятся экспериментальные результаты зондирования волн Кельвина-Гельмгольца УФ-лидаром УОР-5. Зондирование атмосферы лидаром УОР-5 производилось в зимне-весенний период над городской застройкой, представляющей собой «остров тепла». Улучшенные характеристики лидара в сочетании с термическим состоянием пограничного слоя атмосферы, который в холодное время года стратифицирован в основном устойчиво, позволили получить новые данные о форме волн Кельвина-Гельмгольца. Результаты анализа показали, что чувствительность и потенциал лидара УОР-5 (355 нм) выше, чем у лидара УОР-4 (532 нм). Зафиксировано, что после прохождения лазерным пучком пика области с максимальной интенсивностью турбулентности в гребне волны эхосигналы в обоих приемных каналах понижаются на 30%. Такое воздействие турбулентной атмосферы на эхосигналы лидара можно объяснить уширением зондирующего пучка многократным рассеянием на случайных неоднородностях среды.
Численное исследование возможностей ветрового зондирования в атмосферном слое 10-20 км когерентным доплеровским лидаром с борта самолета
Численно исследованы возможности использования молекулярного рассеяния для определения скорости ветра с помощью импульсного когерентного доплеровского лидара (ИКДЛ) с борта самолета на высотах 10-20 км. Моделирование проводилось для сфокусированного на 500 м зондирующего излучения на длинах волн 1 и 2 мкм; диаметр апертуры приемопередающего телескопа 10 см. Показано, что при измерениях с самолета для превышения порогового значения отношения сигнал/шум потребуется энергия в импульсе, значительно меньшая, чем при зондировании с Земли. Современные ИКДЛ с энергией зондирующих импульсов 1-4 мДж после добавления канала регистрации молекулярного рассеяния могут применяться для самолетных измерений ветра на высотах 10-20 км.
Пространственное распределение и средние характеристики атмосферного аэрозоля в акватории Карского моря
На основе многолетних исследований в акватории Карского моря (11 экспедиций в 2007-2022 гг.) впервые представлено статистическое обобщение характеристик атмосферного аэрозоля: объемного содержания субмикронного и грубодисперсного аэрозоля ( Vf и Vс ), массовой концентрации черного углерода (еВС) и спектральной аэрозольной оптической толщи (АОТ) атмосферы. В среднем пространственном распределении хорошо проявилось повышенное содержание субмикронного и поглощающего аэрозоля в юго-западной части Карского моря и минимальное содержание – в северной. Различие средних Vf и еВС в этих районах составляет 30-60%. Средние значения характеристик аэрозоля для всего Карского моря составили: АОТ атмосферы (0,5 мкм) – 0,043 при показателе Ангстрема 0,8; еВС – 22,8 нг/м3; Vf и Vс – 0,26 и 1,39 мкм3/см3 соответственно. Показано, что средние Vf и еВС над Карским морем занимают промежуточное положение между соответствующими значениями, полученными на полярной станции «Мыс Баранова» и в Баренцевом море.
Сезонная изменчивость вертикального распределения спектральных биооптических показателей прибрежных вод Черного моря в районе г. Севастополя
На примере прибрежных вод Черного моря в районе г. Севастополя в 2022-2023 гг. проведено исследование сезонной изменчивости вертикального распределения концентрации хлорофилла а (Tchl- a ), спектральных показателей поглощения света всеми оптически активными компонентами (ОАК) водной среды и спектральных характеристик света. Показано, что Tchl- a в зоне фотосинтеза была минимальна зимой (0,66 мг/м3) и максимальна весной (3,57 мг/м3). Установлено доминирование относительного вклада окрашенного растворенного органического вещества в общее поглощение света на длине волны 438 нм во все исследуемые сезоны. Отмечено, что относительный вклад фитопланктона в общее поглощение света всеми ОАК на длине волны 438 нм был наибольшим в летнее время. Доказано, что увеличение общего поглощения света взвешенным и растворенным органическим веществами приводило к сужению зоны фотосинтеза и изменению спектрального состава света в море. Вертикальное распределение Tchl- a и ОАК было обусловлено гидрофизическими характеристиками вод.
Дистанционное зондирование Земли
Медиафайлы на Викискладе
Техники получения данных
Основная цель мультиспектральных исследований и анализа полученных данных — это объекты и территории, излучающие энергию, что позволяет выделять их на фоне окружающей среды. Краткий обзор спутниковых систем дистанционного зондирования находится в обзорной таблице.