Атмосферная оптоакустика мощных лазерных пучков тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.03, доктор физико-математических наук Бочкарев, Николай Николаевич

• Бочкарев, Николай Николаевич
• доктор физико-математических наук
• 2005

Оглавление диссертации доктор физико-математических наук Бочкарев, Николай Николаевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ОБОСНОВАНИЕ АКУСТИЧЕСКОГО МЕТОДА ДИАГНОСТИКИ

РАСПРОСТРАНЕНИЯ МОЩНЫХ ЛАЗЕРНЫХ ПУЧКОВ В АТМОСФЕРЕ

§ 1.1. Генерация акустических волн при нелинейно-оптических взаимодействиях в аэрозолях атмосферы

§ 1.2. Термоогггаческая генерация акустических волн в атмосфере

§ 1.3. Особенности оптической генерации акустических волн аэрозолями

§ 1.4. Лазерная атмосферная оптико-акустическая диагностика

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ ДОПРОБОЙНЫХ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКИХ

ЭФФЕКТОВ В ЭКСПЕРИМЕНТАХ С АЭРОЗОЛЬНЫМИ СРЕДАМИ

§ 2.1. Лазерная допробойная оптоакустика атмосферы

2.1.1. Методология натурных экспериментов

2.1.2. Результаты натурных экспериментов

§ 2.2. Лазерная допробойная оптоакустика модельных аэрозольных сред

2.2.1. Особенности методологии лабораторных экспериментов

2.2.2. Результаты лабораторных экспериментов

2.2.3. Полуэмпирическая модель генерации оптико-акустических сигналов аэрозольным объемом

ГЛАВА 3. АКУСТИКА ОПТИЧЕСКОГО ПРОБОЯ В АТМОСФЕРЕ

§3.1. Акустика очага оптического пробоя в атмосфере

§ 3.2. Акустика длинной лазерной искры в атмосфере

ГЛАВА 4. РАСПРОСТРАНЕНИЕ ЗВУКА В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

§ 4.1. Особенности приземного распространения звука

§ 4.2. Методология натурных экспериментов исследования приземного распространения звука

§ 4.3. Основные факторы ослабления звука на приземных трассах

4.3.1. Приземный фактор изменения уровня звука

4.3.2. Турбулентное ослабление звука

4.3.3. Рефракционные факторы изменения уровня звука

§ 4.4. Флуктуации приземных звуковых волн

§ 4.5. Уширение частотного спектра звуковых импульсов в атмосфере

§ 4.6. Амплитудно-частотные искажения оптико-акустических сигналов в приземном слое атмосферы

ГЛАВА 5. НЕЛИНЕЙНОЕ ПОГЛОЩЕНИЕ ЗВУКОВЫХ ВОЛН В АТМОСФЕРЕ

§ 5.1. Методология натурных экспериментов с мощными звуковыми пучками

§ 5.2. Амплитудно-частотные искажения мощных звуковых волн в атмосфере

§ 5.3. Модификация уравнения Хохлова-Заболоцкой-Кузнецова

§ 5.4. Алгоритм численного моделирования распространения мощных звуковых волн на коротких трассах в атмосфере

ГЛАВА 6. ВЫСОТНОЕ РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ВНЕШНИХ АКУСТИЧЕСКИХ

ШУМОВ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

§ 6.1. Методология натурных экспериментов исследования внешних акустических шумов в атмосфере

§ 6.2. Результаты измерений внешнего акустического шума в атмосфере

§ 6.3. Модель высотно-частотного распределения внешнего акустического шума в приземном слое атмосферы

§ 6.4. Выбор оптимальных высот приема акустических сигналов в прикладных задачах атмосферной акустики и оптоакустики

ГЛАВА 7. МЕТОДОЛОГИЯ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОЙ ДИАГНОСТИКИ КАНАЛА РАСПРОСТРАНЕНИЯ МОЩНОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ В АТМОСФЕРЕ

§7.1. Программно-экспертная система «Атмосферная оптоакустика»

§ 7.2. Модель оперативной оценки ослабления мощного лазерного излучения в жидкокапельных атмосферных образованиях

§ 7.3. Оптокустика фемтосекундного лазерного излучения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Атмосферная оптоакустика мощных лазерных пучков»

Состояние научной проблемы и актуальность темы

Исследование распространения мощного лазерного излучения (МЛИ) в светорассеи-вающих средах и, в частности, аэрозолях атмосферы является фундаментальной научной проблемой [1,2].

Для решения связанных с этой проблемой задач перспективным считается использование оптико-акустического (OA) эффекта - возбуждение акустических волн (АВ) в среде при поглощении в ней модулированного по интенсивности лазерного излучения [3]. При этом формирование и распространение OA-сигналов в атмосферном пограничном слое (АПС) определяются как характеристиками поглощенного излучения, так и оптическими, теплофизическими и акустическими свойствами атмосферы.

При поглощении в среде лазерного импульса с длительностью, много меньшей времени пробега АВ по области тепловыделения, профиль давления OA-сигнала повторяет пространственное распределение тепловых источников в среде [3, 4]. В случае однородно поглощающей и рассеивающей среды в приближении плоской световой волны это распределение совпадает с пространственным распределением интенсивности света в среде. Таким образом, применение OA-эффекта в задачах измерения оптических свойств сред представляется весьма целесообразным.

Начало оптоакустики связано с открытием OA-эффекта [Bell A.G., 1881 г.] - генерации АВ в замкнутом объеме газа при прохождении через него модулированного света. Исследования OA-эффекта послужили основой развития оптоакустики и ОА-спектроскопии газов и конденсированных сред, о чем свидетельствуют обширные исследования [2-7, 11, 13,20-22].

Оптоакустика до 80-х годов прошлого столетия в нашей стране развивалась в основном в теоретических и экспериментальных исследованиях конденсированных сред. Было показано, если пучок проникающего излучения, интенсивность которого модулирована по амплитуде, падает на свободную поверхность жидкости, то у поверхности возникает термоакустический источник АВ вследствие нагревания и теплового расширения области жидкости, где поглощается проникающее излучение. Теоретически и экспериментально установлено, что амплитуда АВ, излучаемых этим источником, растет прямо пропорционально мощности проникающего излучения в пучке.

Форма акустического сигнала (огибающая акустического импульса) оказывается универсальной и определяется отношением времени пробега АВ по области тепловыделения к длительности лазерного импульса [5], а передаточная функция термоакустического преобразователя зависит от коэффициента поглощения света, теплофизических параметров поглощающей среды и является Фурье-образом пространственного распределения источников тепла. Таким образом, возможно применение OA-эффекта для измерения пространственного распределения интенсивности света и оптических характеристик поглощающих сред по временной форме ОА-импульса.

Реальная атмосфера, так же как и жидкости [6], всегда содержит различные микронеоднородности: частицы пыли, загрязнений и т. д. Эти микронеоднородности приводят к появлению «дополнительного» OA-сигнала, который оказывается помехой, когда предметом исследования является непосредственно атмосферный газ. Этот дополнительный сигнал может иметь информативность на предмет диагностики атмосферы в части ее загрязнения. Амплитуда дополнительного сигнала зависит от плотности выделившейся в атмосфере энергии лазерного излучения. При достаточно высоких плотностях энергии возможны в окрестностях частиц типично нелинейные механизмы возбуждения АВ, связанные с фазовыми переходами в среде.

Дополнительная генерация АВ может происходить вследствие теплового расширения среды, прилегающей к разогретой частице («тепловой поршень»). Возможны и такие условия, когда дополнительная генерация АВ связана с расширением самой частицы («механический поршень»). Амплитуда дополнительного сигнала, согласно данным [6], растет прямо пропорционально мощности воздействующего излучения для длинных лазерных импульсов и пропорционально энергии - для коротких лазерных импульсов.

В более общей постановке задачи в исследованиях по оптоакустике используются достижения нового научного направления - радиационная акустика [5], развивающегося на стыке акустики, ядерной физики и физики высоких энергий и элементарных частиц. Её основу составляют исследования и применения радиационно-акустических эффектов, возникающих при действии проникающего излучения на вещество.

Спецификой распространения МЛИ в реальной атмосфере является многокомпо-нентность и многообразие протекающих физических процессов, их взаимное влияние и зависимость от оптико-метеорологической ситуации. Наиболее существенное влияние на характеристики МЛИ оказывают явления нелинейного взаимодействия, обусловленные процессами диссипации, испарения, фрагментации и ионизации газовой и аэрозольной компонент атмосферы, приводящие к наведенным изменениям показателя преломления среды в мощном лазерном пучке (МЛП) [19]. В связи с этим, механизмы ОА-генерации АВ в атмосфере многочисленны и по своей эффективности неравнозначны [20-22].

Выделение теплоты — одно из наиболее универсальных физических явлений, протекающих при поглощении оптического излучения. Тепловая энергия может различными путями частично преобразовываться в энергию АВ. При умеренных плотностях выделившейся энергии, когда не происходит фазовых превращений в веществе, генерация АВ происходит вследствие нагревания и теплового расширения среды в области поглощения воздействующего излучения. Это термоупругий механизм генерации АВ. Акустические поля тогда удается описать в рамках линейной теории.

Значительно сложнее выглядит картина генерации АВ при больших плотностях вводимой в среду энергии проникающего излучения. Возникающие в этом случае закономерности носят нелинейный характер. Существенными оказываются эффекты, обусловленные возрастанием скорости расширения нагреваемого объема среды (гидродинамическая нелинейность), а также изменением термодинамических характеристик вещества в процессе действия проникающего излучения (тепловая нелинейность). При дальнейшем росте плотности выделившейся тепловой энергии развиваются более сложные процессы генерации АВ, связанные с фазовыми переходами, например в условиях так называемого пузырькового механизма генерации АВ и образования ударных волн в жидкости.

Одним из проявлений нелинейных эффектов в атмосфере, так же как и в жидкостях [7], является оптический пробой, важная черта которого - пороговый характер. Частица, поглощающая лазерное излучение, разогревается до температуры, соответствующей области температур первой ионизации атомов и образованию плотной плазмы. В плазме происходит сильное поглощение лазерного излучения. Это приводит к дальнейшему сильному разогреву плазмы и образованию плазменной полости, которая расширяясь создает в воздухе ударную волну.

Развитие атмосферной оптоакустики, как научного направления, стало возможным благодаря научным работам специалистов нашей страны в области оптоакустики: Лямшев Л.М., Егерев С.В., Лямшев М.Л., Наугольных К.А., Карабутов А.А., Пеливанов И.М., Гусев В.Э., Жаров В.П., Летохов B.C., Аливердиев А.А., Джиджоев М.С. и др.

В начале 80-х годов прошлого столетия в связи с созданием и практическим использованием лазерных источников с рекордными параметрами излучения была поставлена задача изучения возможности использования OA-эффекта совместно с атмосфернооптическими экспериментальными исследованиями для целей решения научных и технических программ, связанных с распространением МЛП на протяженных атмосферных трассах, построением моделей распространения МЛИ в АПС с подтверждением их лабораторными измерениями. Использование OA-эффекта в решении указанной задачи имеет две стороны: оптическую и акустическую.

Актуальность исследований первой из них связана с появлением автономных источников МЛП разнообразного применения [14] и определяется практической потребностью в прогнозе эффективности их работы в атмосфере во всепогодных условиях, в том числе для решения задач проводки молниевого разряда по заданной траектории [15, 16], и в связи с этим, необходимостью разработки дистанционных методов определения параметров МЛП и методов дистанционного определения параметров атмосферного аэрозоля в канале МЛП.

С другой стороны, дистанционные исследований с использованием ОА-эффекта предполагают вовлечение в круг решаемых задач явлений, связанных с трансформацией возникающих в МЛП OA-сигналов, распространяющихся в АПС до приемников АВ.

Вторая сторона - исследование распространения АВ в АПС, имеет более давнюю историю. Двухтомник «Теория звука» - первая значительная работа по акустике была опубликована Лордом Релеем еще в 1877 г. Интерес к распространению АВ в АПС резко стимулировался в начале 70-х годов прошлого столетия развитием методов акустического [8] и радиоакустического [264] зондирования атмосферы, а также необходимостью решения нарастающих проблем техногенного общества, связанных с шумовым загрязнением АПС и его пагубным влиянием на здоровье человека. Современные радиофизические методы, основанные на взаимодействии АВ со средой распространения, играют важную роль в дистанционных исследованиях АПС, чем и обусловлена актуальность решения второй части поставленной задачи.

Таким образом, настоящая работа затрагивает актуальные проблемы оптики атмосферы, относится к области экспериментальной радиофизики, а именно, это атмосферная оптоакустика - одно из развивающихся в последние годы направлений оптоакустики. Среди различных методов исследования процессов, связанных с взаимодействием МЛИ с веществом атмосферы, атмосферная оптоакустика занимает достаточно крепкие позиции. Прежде всего, это связано с дополнительным независимым источником исследовательской информации, получаемой в изучении акустических последствий взаимодействия лазерного излучения с веществом атмосферы.

Приоритет в экспериментальных исследованиях атмосферных OA-явлений во многом принадлежит работам сотрудников ИОА СО РАН, что стало возможным благодаря интенсивному развитию государственных научно-технических программ, выполняемых ИОА СО РАН под руководством академика Зуева В.Е.

Генерация акустических импульсов при взаимодействии МЛИ с твердофазным аэрозолем атмосферы впервые зарегистрирована специалистами ИОА СО РАН: Копытин Ю.Д., Шаманаева Л.Г., Муравский В.П., Красненко Н.П. (1980 г.) [97].

Весомый вклад в теоретических и экспериментальных исследованиях по атмосферной оптоакустике в нашей стране сделан следующими коллективами ученых: Сорокин Ю.М. с сотрудниками - Горьковский государственный университет им Н.И. Лобачевского; Воробьев В.В. с сотрудниками - Институт физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН; Белов Н.Н. с сотрудниками - Научно-исследовательский физико-химический институт им. Л.Я. Карпова; Красненко Н.П. и Землянов А.А с сотрудниками - Институт оптики атмосферы СО РАН.

Однако аспекты, связанные с процессом распространения OA-сигналов от места их генерации в МЛП до приемника АВ, рассмотрены не были. О степени воздействия АПС на распространение АВ свидетельствует следующее. Взаимодействие электромагнитных и

АВ с АПС можно оценить величиной показателя преломления среды, т. е. отношением фазовой скорости волн в среде к фазовой скорости при стандартных условиях [8]. Результаты сравнения для АВ с длиной волны ~ 1,3 см и оптических волн с длиной волны ~0,2 -ь 20 мкм показывают, что показатель преломления АВ чувствительнее показателя преломления оптических волн: в 1700 раз при изменении температуры на 1 °К, в 3500 раз при изменении влажности на 1 мб и в 1,5 млрд. раз при изменении скорости ветра на 1 м/с.

Всесторонние теоретические и экспериментальные исследования распространения звуковых волн в турбулентной [10] движущейся [9] атмосфере в рамках линейной акустики и теоретическое описание нелинейных волновых процессов [12, 13] в сплошных средах обозначили класс нерешенных и представляющих интерес для атмосферной оптоакустики задач. Прежде всего это влияние подстилающей поверхности на распространение АВ в АПС: факторы дополнительного приземного и особенности турбулентного ослабления АВ, искажение звуковых полей, флуктуации АВ и формирование распределения внешних акустических шумов вблизи подстилающей поверхности, а также особенности нелинейных эффектов при распространении АВ в АПС.

Научное направление - изучение распространения звука в АПС, после Второй мировой войны было закрыто в нашей стране, как неперспективное. Не проводились систематические научные исследования, не защищались диссертации. Из известных экспериментальных и теоретических работ по распространению звука умененной мощности можно выделить исследования, проведенные сотрудниками Института физики атмосферы РАН (Голицын Г. С., Гурвич А. С., Татарский В. И., Красильников В. А., Калистратова М. А.), в которых определялись флуктуационные характеристики АВ, распространяющихся в атмосфере без учета влияния подстилающей поверхности, в основном, с целью сопоставления с теоретическими выводами о турбулентных характеристиках АПС.

Развитие исследований по атмосферной акустике в нашей стране возобновилось в конце 70-х годов прошлого столетия, когда были востребованы и проводились в нескольких организациях по заданию государственных органов научно-технические программы по этому направлению.

Значительный вклад в развитие атмосферной акустики в этот период принадлежит научным работам ученых: Осташев В.Е., Куличков С.Н., Чунчузов И.П. с сотрудниками -Институт физики атмосферы им. A.M. Обухова РАН; Красненко Н.П., Богушевич А.Я., Одинцов C.JI. с сотрудниками - Институт оптики атмосферы СО РАН; Руденко О.В. с сотрудниками - Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова; Гурбатов С.Н. с сотрудниками - Горьковский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, Чернов Л.А. с сотрудниками - Акустический институт им. Н.Н. Андреева РАН.

Возвращаясь к изложению вопросов, связанных с постановкой задачи, необходимо обозначить круг дополнительных вопросов, без рассмотрения которых изложение настоящего исследования будет неполным.

При решении задач атмосферной оптоакустики обычно справедливо следующее допущение. Вследствие действия силы тяжести в атмосфере средние значения ее параметров изменяются в вертикальном направлении на несколько порядков быстрее, чем в горизонтальном. Поэтому на не очень больших горизонтальных расстояниях АПС рассматривают как стратифицированную движущуюся среду, средние значения параметров которой зависят только от высоты. В АПС к параметрам среды, стратификация которых реально значима при распространении АВ, относятся только температура воздуха, скорость и направление ветра [8-10].

Преодолевая расстояние от излучателя до приемника, широкополосный акустический сигнал искажается, причем низкие частоты больше подвержены дифракции, а высокие - затуханию. Поэтому влияние диссипативных и дифракционных искажений на форму OA-сигнала рассматривается в случае сильно различающихся масштабов их проявления. Например, в задачах неразрушающей диагностики конденсированных сред обычно наблюдаются акустические импульсы небольших амплитуд, поэтому влиянием нелинейных искажений на форму OA-сигнала пренебрегается [11].

Рассматривая задачу дистанционной OA-диагностики МЛП в атмосфере, явлениями линейной и нелинейной трансформации OA-сигналов пренебрегать не следует [12, 13].

Практические направления исследований атмосферной оптоакустики имеют свою специфику. Например, для решения задачи проводки молниевого разряда по заданной траектории необходимы работающий в реальном масштабе времени способ диагностики оптического состояния АПС и методика прогнозирования эффективности использования тех или иных геометрических и энергетических параметров МЛП в конкретных оптико-метеорологических состояниях АПС. В качестве диагностического инструмента канала ионизации типа длинной лазерной искры (ДЛИ) можно использовать акустический метод [16], суть которого заключается в том, что об эффективности образования канала судят по принимаемому акустическому сигналу, генерируемому очагами пробоя (ОП), возникающими при взаимодействии импульса излучения СОг-лазера с твердыми частицами аэрозоля. Эффективность образования высокоионизованного канала состоит в создании высокой концентрации ОП, равномерного распределения их по длине канала МЛИ.

Существует еще один аспект использования результатов решения обсуждаемой проблемы - медицинский. В [17] показана возможность использования интенсивного лазерного излучения для удаления нежелательных образований из кровеносных сосудов за счет их фотохимического разложения. Вместе с тем, было обнаружено, что при энергетике излучения, необходимой для разрыва химических связей в удаляемом объекте, не удается избежать разрушения прилегающих здоровых тканей, непосредственно облучению не подвергающихся. Какой из механизмов разрушения тканей реализуется на практике и вносит нежелательные побочные действия лазерного излучения следует определить на основе отработанной системы диагностики идентификации тепловых процессов, происходящих в поглощающих тканях. Для этой цели возможно использование акустического метода, позволяющего по измерениям характеристик акустического импульса идентифицировать тепловое расширение вещества тканей и реализацию фазовых переходов в регулярном и взрывном режиме [18].

Цель исследования. Изучение физических основ генерации, распространения и оптимального приема акустических волн при воздействии мощного лазерного излучения на вещество атмосферы.

Задачи исследования

1. Определение границ применимости известных и разработка физических основ новых OA-методов исследования распространения МЛП в АПС.

2. Постановка натурных и лабораторных экспериментов для исследования процесса импульсного лазерного возбуждения АВ в атмосфере и модельных аэродисперсных средах и на этой основе - разработка и апробация методов дистанционного измерения параметров МЛП и микрофизических характеристик аэрозольных компонент атмосферы.

В части исследования влияния АПС на параметры OA-откликов, регистрируемых удаленным OA-приемником, предусматривается следующее.

3. Определение частотного диапазона OA-сигналов и его зависимости от параметров МЛП и параметров атмосферы как аэрозольной среды.

Для определенного по п. 3 частотного диапазона:

4. Создание методики экспериментальной селекции и исследования наиболее значимых факторов изменения среднего уровня звука, распространяющегося на приземных трассах до 1 км, а также исследование особенностей статистических свойств флуктуаций приземных звуковых волн.

5. Разработка алгоритма прогноза нелинейных искажений звуковых волн в АПС на основе результатов соответствующих экспериментов.

6. Исследование влияния внешнего акустического шума на отношение сигнал-шум при регистрации OA-сигналов наземным приемником.

Методы исследования

В работе использованы положения теории термооптической генерации ОА-сигналов в газах, оптической генерации АВ водными аэрозолями, линейного и нелинейного ослабления звука в атмосфере, включая численное моделирование конкретных задач ОА-генерации и распространения АВ. Экспериментальные методы включали измерение амплитудных и пространственно-временных характеристик импульсных OA-сигналов и тональных звуковых сигналов, а также опирались на методы математической статистики при обработке результатов измерений.

Научные положения, выносимые на защиту

1. Амплитуда оптико-акустического импульса, генерируемого при поверхностном испарении, взрывном вскипании и разрушении частиц водных аэрозолей под воздействием излучения СОг-лазера микросекундной длительности, пропорциональна водности аэрозоля для однородно поглощающих частиц и зависит от плотности лазерной энергии по степенному закону с показателем степени: 2 - при поверхностном испарении; 0,5 + 0,8 -при взрывном вскипании и разрушении.

2. Акустические параметры длинной лазерной искры, возникающей в атмосфере при распространении мощного излучения СОг-лазера микросекундной длительности и состоящей из отдельных очагов пробоя, определяются концентрацией аэрозольных твердофазных частиц размерами выше критического, зависящего по обратностепенному закону от плотности лазерной энергии. Длительность и амплитуда оптико-акустического импульса, генерируемого очагом пробоя размерами от нескольких миллиметров до нескольких сантиметров, линейно пропорциональны размеру видимого ореола очага пробоя.

3. Флуктуации амплитуды звуковых волн на атмосферных трассах протяженностью до 100 м при влиянии граничных свойств подстилающей поверхности возрастают до уровня насыщения с увеличением длины трассы, частоты звука и интенсивности турбулентности атмосферы быстрее, чем в свободном пространстве. Статистические характеристики флуктуаций амплитуды звуковых волн на приземных трассах до 1 км при влиянии граничных свойств подстилающей поверхности имеют масштаб подобия, зависящий от эффективной скорости ветра, поперечной трассе распространения звука, для любых метеорологических состояний пограничного слоя атмосферы.

4. Использование параболического уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецо-ва позволяет прогнозировать нелинейные искажения звуковых волн, распространяющихся в свободной атмосфере на дальности порядка 100 м, с точностью не хуже ± 1 дБ.

5. Высотно-частотное распределение внешнего акустического шума в приземном слое атмосферы зависит от граничного акустического импеданса подстилающей поверхности. Нейтральная частота, для которой отсутствует высотно-частотная зависимость отношения сигнал-шум при высоте приема нескольких метров над подстилающей поверхностью, зависит в однопараметрической модели импеданса подстилающей поверхности от удельного сопротивления текучести по степенному закону с показателем степени 3/5. При увеличении высоты приема отношение сигнал-шум уменьшается для частот выше нейтральной и увеличивается для частот ниже нейтральной частоты.

6. Прогноз амплитудно-частотных искажений звуковых сигналов при оптико-акустической диагностике распространения мощных лазерных пучков в приземном слое атмосферы позволяет более чем в 2 раза увеличить точность восстановления пространственных характеристик длинной лазерной искры на трассах протяженностью до 1 км.

Достоверность научных результатов

Достоверность результатов и выводов подтверждается:

1) обоснованностью физических предпосылок, использованных для определения параметров OA-сигналов, которые характеризуют процесс взаимодействия МЛП с веществом атмосферы;

2) тщательной методической проработкой вопроса регистрации, обработки OA- и акустических сигналов с учетом амплитудно- и фазочастотных характеристик приемных датчиков и регистрирующего оборудования, а также учетом возможных методических и экспериментальных ошибок;

3) использованием в качестве акустических приемников сертифицированных датчиков, а в качестве регистрирующего оборудования - метрологически поверенных приборов.

4) статистической обеспеченностью получаемых данных, их повторяемостью и хорошим соответствием с результатами, выполненными позднее другими авторами;

5) сравнением выводов, следующих из экспериментальных данных с результатами математического моделирования процессов генерации и распространения OA- и акустических сигналов в АПС;

6) в численном моделировании и расчетах - тестированием созданных алгоритмов на известных задачах, имеющих аналитическое решение или выполненных другими авторами и получивших всеобщее признание.

Научная новизна результатов

1. OA-исследованиями обнаружено уменьшение акустического энерговклада при светоиндуцированной взрывной фрагментации водных аэрозолей и установлены пороги взрывного вскипания и разрушения водных капель аэрозоля, хорошо согласующиеся с соответствующими оптическими исследованиями. Установлена квадратичная зависимость амплитуды OA-импульса от плотности энергии воздействующего излучения СОг-лазера при поверхностном испарении частиц водных аэрозолей. Зафиксирован сверхзвуковой разлет продуктов взрыва аэрозольных капель в эффективную область, превышающую эффективную область при поверхностном испарении в ~ 3 -ь 4 раза. На основе эффектов нелинейно-оптических взаимодействий предложен OA-способ измерения концентрации частиц водных аэрозолей в атмосфере.

2. В свободной атмосфере дистанционно зарегистрированы OA-импульсы термооптического механизма генерации АВ. OA-измерениями подтверждена теоретически определенная линейность зависимости амплитуды акустического импульса при термооптической генерации от плотности энергии лазерного излучения.

3. Микрофизическими и OA-измерениями определены критические размеры частиц твердофазного аэрозоля, инициирующих оптический пробой в атмосфере. Установлено, что амплитуда и длительность акустического импульса, генерируемого квазисферическим ОП в атмосфере, определяются видимыми размерами его ореола.

4. Разработан методический подход селекции турбулентного ослабления звука в ат-мосферно-акустических исследованиях на приземных трассах, позволивший экспериментально доказать справедливость положений теории турбулентного ослабления звука, полученных в малоугловом приближении. Получены эмпирические зависимости турбулентного ослабления звука от длины трассы, частоты звука и скорости среднего поперечного ветра, которые хорошо согласуются с теоретическими расчетами.

5. Обнаружено, что флуктуации уровня звука на атмосферных трассах до 100 м при влиянии граничных свойств подстилающей поверхности возрастают до уровня насыщения быстрее, чем в свободном пространстве. Обосновано применение для статистических характеристик флуктуации амплитуды приземной звуковой волны масштаба подобия, зависящего от эффективной скорости ветра, поперечной трассе распространения звука.

6. На основе эффекта уширения частотного спектра звуковых сигналов, распространяющихся в атмосфере, предложены способы измерения внешнего масштаба турбулентности атмосферы и оптимизации ширины приемной диаграммы направленности для акустического зондирования скорости ветра в атмосфере, а на основе эффекта рефракции звука — способ измерения температуры атмосферы.

7. Определены уровни нелинейного поглощения мощных звуковых пучков на коротких атмосферных трассах в контролируемых метеоусловиях, что позволило обосновать использование методики прогноза нелинейного поглощения звука на основе численного решения уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова.

8. Показано, что высотно-частотные характеристики внешних акустических шумов в атмосфере зависят от граничного импеданса подстилающей поверхности. Предложен способ определения нейтральной частоты, для которой отсутствует высотно-частотная зависимость отношения сигнал-шум при высоте приема нескольких метров над подстилающей поверхностью. При увеличении высоты приема отношение сигнал-шум уменьшается для частот выше нейтральной и увеличивается для частот ниже нейтральной частоты.

9. При переходе от фемто- к наносекундной длительности импульса лазерного излучения для неизменной энергии излучения амплитуда генерируемого аэрозольным объемом OA-отклика уменьшается на два порядка. Нелинейный OA-эффект при взаимодействии фемтосекундного лазерного излучения с воздухом свидетельствует о нетривиальном поглощении лазерного излучения.

Новизна подтверждается авторскими свидетельствами на изобретения.

Научная значимость результатов работы

Методы, развитые при экспериментальном исследовании процессов вскипания жидкости и акустики взрывающихся капель, а также полученные физические результаты акустических последствий взаимодействия МЛП с веществом атмосферы важны для исследования физики конденсированного состояния вещества, физики теплового взаимодействия лазерного излучения с веществом, кинетики двухфазных сред.

Программы, методики и сопутствующее им математическое обеспечение, разработанные в процессе выполнения исследований, образуют в совокупности метод исследования распространения МЛП в атмосфере и аэрозольных компонент атмосферы. Метод можно использовать для исследований трансформации характеристик аэрозольных ансамблей различного происхождения под воздействием мощного оптического излучения, в том числе фемтосекундной длительности.

Практическая значимость результатов работы

1. Создана методика автоматизированной дистанционной (до 1 км) ОА-экспресс-диашостики канала распространения МЛП в АПС и программно-экспертная система (ПЭС) «Атмосферная оптоакустика», базирующиеся на прогнозе приземного распространения звука и ОА-индикации процессов взаимодействия МЛП с веществом атмосферы.

2. Установленная с г^омощью OA-измерений адекватность физических процессов взаимодействия МЛП с аэрозолем в лабораторных и натурных условиях явилась основой методологии разработки инженерной модели оценки пропускания МЛП в условиях тумана, летней дымки, дождя.

3. Результаты исследования высотного распределения уровня внешнего шума в атмосфере позволяют: для систем дистанционной OA-диагностики и акустического зондирования атмосферы - значительно повысить их потенциал за счет увеличения отношения сигнал-шум на апертуре акустического приемника; для целей экологической безопасности и борьбы с шумовым загрязнением АПС - уменьшить факторы вредного воздействия на человека внешних акустических шумов техногенного характера.

4. Создан программный комплекс «Атмосферная нелинейная акустика», позволяющий контролировать степень нелинейных искажений звуковых волн на коротких трассах в атмосфере, генерируемых при распространении МЛП в атмосфере, а также проектировать новые мощные средства звуковещания и акустического зондирования атмосферы.

5. Акустические свойства созданного плазменного излучателя АВ позволяют рекомендовать его в качестве эталонного источника в диапазоне частот, недоступном при других способах генерации. Плазменный излучатель АВ имеет недостижимую для известных способов генерации ширину полосы воспроизводимых частот при незначительных нелинейных и амплитудно-частотных искажениях.

Внедрение результатов работы и рекомендации по их использованию Результаты работы использованы в следующих организациях.

1. Институт оптики атмосферы СО РАН: при выполнении госбюджетных и хоздоговорных работ в период с 1982 г. по настоящее время.

2. Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН: для выполнения опытно-конструкторской работы по проблеме распространения звука в АПС, которая завершилась в 2004 г. созданием устройства прогнозирования дальности звукового вещания, изготовлением опытного образца и его государственными испытаниями.

3. Предприятие п/я Р-6271: для экспериментального изучения акустических свойств плазмы оптического пробоя атмосферы.

4. ОАО «Научно-производственное предприятие «Звукотехника»: в течение более 20 лет для прогноза распространения звуковых волн в приземном слое атмосферы и для учета нелинейного поглощения звука в атмосфере в целях совершенствования существующих и разработки новых средств дальнего звуковещания.

5. Предприятия ФГУП «Научно-производственный центр «Полюс» Российского авиационно-космического агентства и ООО «Научно-производственная фирма «Диамос»: многоцелевая ПЭС регистрации и обработки акустической информации, в основе алгоритмов которой служат, в частности, методы многоканальной спектральной обработки сигналов с коррекцией переходных характеристик приемных датчиков и аналоговых электронных схем оборудования, методы оптимальной фильтрации сигналов на фоне шумов и помех, а также способ, защищенный патентом Российской Федерации (патент № 2140626 от 27.10.1999 г. / Бочкарев Н.Н., Картопольцев А.В.). ПЭС служит составляющей частью прибора «Диамос», разработанного и изготовленного автором (Сертификат об утверждении типа средств измерений RU.E.28.060.AN 7903, выдан Госстандартом России 30.06.2000 г.).

6. Томский государственный университет: действующий макет плазменного акустического излучателя, разработанный и изготовленный автором, в целях учебного процесса для демонстрации нетрадиционного использования низкотемпературной плазмы.

Внедрение результатов работы подтверждается актами использования.

Для дальнейшего практического использования представляют интерес следующие законченные научно-технические результаты работы.

1. Учет влияния высотного распределения внешнего акустического шума в атмосфере на отношение сигнал-шум в приемном тракте систем акустического и ОА-зондирования атмосферы и оценка эффективности действия систем дальнего звуковещания.

2. Учет влияния флуктуаций приземных звуковых волн на эффективность работы систем OA-зондирования атмосферы и дальнего звуковещания.

3. Учет влияния нелинейного поглощения звука в атмосфере на эффективность действия систем акустического зондирования атмосферы и систем дальнего звуковещания.

4. Программно-экспертный алгоритм прогноза и восстановления параметров ОА-сигналов, генерируемых МЛП в атмосфере, с учетом механизмов их трансформации при распространении в АПС, характеристик внешних акустических шумов и технических параметров регистрирующего оборудования.

5. Комплекс экспериментальных исследований, выполненных в области атмосферной акустики, а именно: по факторам ослабления, флуктуаций и нелинейного поглощения звуковых волн, высотному распределению акустических шумов в атмосфере, перспективен в практическом использовании для модернизации существующих и создания новых технических систем передачи и приема АВ в атмосфере, а также позволяет существенно улучшить технические характеристики таких систем, повысить их эффективность и конкурентоспособность.

6. Полученные в работе научно-технические решения и результаты можно использовать при планировании новых экспериментов по изучению взаимодействия МЛП с веществом атмосферы.

Личный вклад автора

Диссертационная работа является обобщением исследований автора по проблеме взаимодействия МЛП с веществом атмосферы OA-методом, выполненных в период с 1982 г. по настоящее время в рамках лаборатории атмосферной акустики (зав. лаб., д.ф.-м.н. Красненко Н.П.) и лаборатории нелинейно-оптических взаимодействий (зав. лаб., д.ф.-м.н. Землянов А.А.) Института оптики атмосферы СО РАН и кафедры оптико-электронных систем и дистанционного зондирования Томского государственного университета (зав. каф., д.ф.-м.н., член-корр. РАН ВШ Самохвалов И.В.). В исследованиях автору принадлежат: постановка научных задач; выбор методов решения; создание экспериментальной и приборной базы; планирование и проведение экспериментальных исследований; разработка алгоритмов, программ; анализ и интерпретация полученных результатов. Опубликованные по теме диссертации работы выполнены по инициативе и при непосредственном участии автора.

По существу содержания работы на различных этапах ее выполнения помощь автору была оказана следующими учеными: Погодаев В.А., Рождественский А.Е., Кабанов A.M.

- проведение экспериментов, интерпретация результатов исследования ОА-эффектов взаимодействия МЛИ с модельными аэрозолями (§ 2.2); проведение экспериментов по приземному распространению звука - Муравский В.П. (§ 4.2); проведение экспериментов с мощными звуковыми пучками в атмосфере - Клочков В.А., Фомичев А.А. (§ 5.1); численное моделирование распространения мощных звуковых пучков - Коняев П.А. (§ 5.4).

Апробация работы

1. Результаты диссертационной работы докладывались на: 7-ом и 8-ом Всесоюзных симпозиумах по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, Томск - 1982 и 1984; 8-ом и 11-ом Всесоюзных симпозиумах по распространению лазерного излучения в атмосфере, Томск - 1986 и 1992; 1-ом, 2-ом, 4-ом, 6-ом, 7-ом, 8-ом, 10-ом И-ом Межреспубликанских и Международных симпозиумах «Оптика атмосферы и океана», Томск - 1994, 1995, 1997, 1999, 2000, 2002, 2004, Иркутск - 2000; 3-ем Всесоюзном совещании по распространению лазерного излучения в дисперсной среде, Обнинск — 1985; 19-ой Всесоюзной конференции по распространению радиоволн, Ленинград -1984; Всесоюзном симпозиуме по фотохимическим процессам земной атмосферы, Черноголовка - 1986; 2-ой Всесоюзной конференции молодых исследователей «Актуальные вопросы теплофизики и физической гидрогазодинамики», Новосибирск - 1987; 2-ом Межотраслевом акустическом семинаре «Модели, алгоритмы, принятие решений», Москва - 1988; 5-ой Международной школе по квантовой электронике «Laser-physics and applications», Болгария, Солнечный берег — 1988; Российской аэрозольной конференции, Москва - 1993; 14-ом Международном конгрессе по акустике, Китай, Пекин - 1993; 4-ом рабочем семинаре СНГ «Акустика неоднородных сред», Новосибирск - 1996; Международном конгрессе «Advanced high power laser and application. AHPLA'99», Япония, Осака - 1999; заседании 9-й рабочей группы «Аэрозоли Сибири», Томск — 2002; Международном симпозиуме «Lasers Material Interaction», С.

Петербург - 2003; 6-м Международном симпозиуме «Atomic and molecular pulsed lasers», Томск —2003; Международной конференции «Современные проблемы физики и высокие технологии», Томск - 2003; 15 сессии Российского акустического общества, Нижний Новгород - 2004.

2. Представленные в диссертационной работе исследования выполнялись в рамках государственных и региональных программ. Среди них: госбюджетная тема №16 «Дистанционное зондирование атмосферы с использованием акустических волн» (гос. регистр. № 810026207), Федеральная целевая комплексная научно-техническая программа «Экологическая безопасность России», программы СО РАН «Исследование нелинейно-оптических взаимодействий в атмосфере» и «Волновые процессы при взаимодействии лазерного излучения с компонентами атмосферы». Работа выполнялась при финансовой поддержке гранта РФФИ № 03-05-64431.

3. На конкурсе прикладных работ СО АН СССР в 1989 г. в составе авторского коллектива за цикл работ по приземному распространению звука (частичное содержание 4-й и 6-й глав) работа получила диплом второй степени, а в 1987 г. за исследование энергетических и статистических характеристик интенсивного оптического излучения в регулярных и случайно-неоднородных средах (частичное содержание 2-4-й и 7-й глав) в составе авторского коллектива была удостоена премии Ленинского комсомола.

По теме диссертационной работы опубликовано: статей в центральных отечественных и зарубежных научных журналах и тематических сборниках — 35; тезисов докладов на отечественных и международных конференциях и семинарах - 38; авторских свидетельств на изобретения - 8.

Структура и объем диссертации: введение, семь глав, заключение, список литературы и приложение. Объем диссертации - 339 страниц основного текста, включая 92 рисунка, 3 таблицы. Список литературы - 271 наименование.

Краткое содержание диссертации

Во введении содержится краткий анализ состояния научной проблемы. Сформулированы цели и задачи работы, обосновывается ее актуальность, раскрывается научная новизна и практическая значимость работы, приводятся основные положения, выносимые на защиту. Кратко изложено содержание диссертации.

В первой главе приводится исторический обзор важнейших работ по научной проблеме, дана оценка результатов данных исследований с точки зрения обоснования акустического метода диагностики распространения МЛП в атмосфере и методологических возможностей применения OA-эффекта в задачах дистанционной диагностики оптических свойств атмосферы, как аэрозольной среды.

Основные сведения об аэрозольной атмосфере, указанные в § 1.1, раскрывают вопросы, связанные с ослаблением излучения МЛП в АПС и основные механизмы оптической генерация звука, связанные с этим поглощением. В зависимости от степени воздействия лазерного излучения на вещество атмосферы, согласно принятой терминологии, внимание акцентировано на следующих наиболее значимых механизмах ОА-генерации АВ в атмосфере: тепловой (термооптический, фотоакустический), поверхностное испарение, взрывное вскипание, оптический пробой.

В отличие от традиционных OA-исследований в замкнутых объемах (ОА-ячейках) [9] атмосферная оптоакустика имеет дело с переменной составляющей генерируемого лазерным пучком акустического давления, возникающего в момент действия импульса лазерного излучения или в результате амплитудной модуляции последнего. Поэтому термооптический механизм генерации звука рассматривается в § 1.2 для импульсного и гармонически модулированного лазерного излучения, распространяющегося при относительно слабом поглощении оптического излучения в АПС.

Особенности наиболее существенных механизмов оптической генерации звука, таких как взрывное испарение и фрагментация аэрозольных частиц, оптический пробой атмосферы рассмотрены в § 1.3.

Процессы поверхностного испарения, взрывного вскипания, происходящие в жидких аэрозолях при воздействии импульсного лазерного излучения, приводят к возмущению плотности воздуха вокруг частиц и формированию АВ. В атмосфере, концентрации аэрозоля невелики, поэтому влияние аэрозоля сводится к возмущению газодинамических параметров среды.

OA-эффекты в аэрозолях, связанные с быстрым и неоднородным прогревом двухфазных систем как в допороговых, так и в сверхпороговых для развития оптического разряда режимах взаимодействия с оптическим излучением, представляют собой целый класс физических процессов. Рассмотрен ряд эффектов, возникающих на твердом и жидком аэрозоле в сверхпороговых для развития оптического разряда режимах взаимодействия с излучением, дана классификация возникающих АВ, проанализированы возможности дистанционной OA-диагностики параметров МЛП и аэрозоля.

В § 1.4 сформулирована задача разработки метода атмосферной ОА-диагностики МЛП и аэрозолей. Показано, что для решения поставленной задачи, необходимо рассмотреть комплекс вопросов, связанных не только с физическими механизмами генерации АВ при взаимодействии МЛП с веществом атмосферы, но и сопутствующие вопросы распространения АВ в АПС с учетом искажающего влияния подстилающей поверхности и внешних акустических помех на ОА-прием.

Отмечается, что изучение плазмообразования в атмосфере под действием МЛИ важно не только для решения проблемы передачи лазерной энергии на большие дистанции, но и для лазерной проводки молниевого разряда по заданной траектории, когда требуется повышение эффективности формирования высокоионизованного канала - пространственной неточной ДЛИ.

Контролируя энергетические параметры лазерного излучения в АПС с помощью многоканальной OA-диагностики, имеется возможность восстанавливать коэффициент поглощения МЛИ. Например, прозрачность атмосферы для излучения СОг-лазеров в конкретный момент времени обусловлена количественным содержанием водяного пара и аэрозоля. В связи с этим OA-диагностика позволяет получать информацию о коэффициенте пропускания атмосферы при различных метеосостояниях АПС.

Построение физической OA-модели взаимодействия МЛП с веществом атмосферы требует знания зависимости коэффициента аэрозольного ослабления МЛИ от энергетических параметров МЛИ. Исследование такой зависимости следует проводить в контролируемых лабораторных условиях. Необходимым условием разработки такой модели является уверенность в идентичности физических процессов, протекающих при взаимодействии МЛП с веществом атмосферы в лабораторных и натурных условиях.

Вторая глава посвящена вопросам экспериментальных исследований распространения МЛИ импульсных СС>2-лазеров микросекундной длительности на атмосферных приземных трассах в условиях тумана, мороси, дождя (§ 2.1) и в лабораторных условиях в модельных аэрозолях (§ 2.2).

Дистанционная индикация взаимодействия МЛИ с частицами аэрозоля различного химического и фазового состава в атмосфере возможна благодаря фазовому переходу жидкокапельного аэрозоля и оптическому пробою, развивающемуся на отдельных частицах. Индикационными характеристиками таких процессов являются генерация АВ и изменение рассеивающих свойств аэрозоля при фазовом взрыве частиц.

В § 2.1 рассмотрены вопросы постановки экспериментальных исследований механизма генерации звука аэрозольными частицами в атмосфере в допробойном режиме распространения МЛИ, приводятся и обсуждаются полученные результаты.

Отмечается, что уровень акустического сигнала, генерируемого импульсным МЛИ, достаточен для его уверенной регистрации на расстояниях в несколько километров при использовании направленного акустического приема: узконаправленный микрофон, параболическая антенна со звукозащитной блендой. Такой результат имеет практическую значимость для задач дистанционной диагностики распространения МЛП в атмосфере и для целей зондирования некоторых метеорологических параметров АПС ОА-способом.

При регистрации OA-сигналов приемником, расположенным вблизи подстилающей поверхности, возникают отраженные АВ, которые при решении задач атмосферной оптоакустики представляют серьезную помеху. Компенсация таких помех требует исследования физических эффектов при распространении АВ вблизи подстилающей поверхности.

Обсуждению количественных данных об изменении основных характеристик регистрируемого акустического отклика, генерируемого при испарительном и взрывном взаимодействии лазерного излучения с малым объемом поглощающего вещества в лабораторных условиях, и установлению причины этих изменений посвящен § 2.2. Эти исследования проводились с целью определения набора характерных параметров процесса, наиболее полно характеризующих исследуемый эффект взрывного вскипания, причем таких, по которым, учитывая специфику задачи, можно проводить сравнение и корректировку теоретических моделей с экспериментальными данными.

Экспериментальные исследования показали, что амплитуда генерируемых ОА-сигналов пропорциональна водности аэрозоля. Получена нелинейная зависимость амплитуды OA-сигнала от плотности лазерной энергии при переходе от поверхностного испарения жидкокапельного водного аэрозоля к его взрывному вскипанию и разрушению.

В § 2.3 рассмотрена модель импульсного OA-эффекта в аэродисперсной среде, представляющей собой пространственно-ограниченный объем в виде сферы или длинного цилиндра. Исходя из предположения об изменении размера области формирования акустического импульса, проводилось численное моделирование процесса формирования регистрируемого акустического отклика. Для импульса воздействующего лазерного излучения конечной длительности регистрируемый акустический сигнал представляет собой свертку возникающего акустического сигнала с расчетной переходной характеристикой пространственных условий регистрации сигналов.

На основании проведенных модельных экспериментов сделан вывод о том, что форма акустического сигнала, формируемого при тепловом взаимодействии лазерного излучения с малым объемом поглощающего вещества, определяется режимом взаимодействия и существенно от него зависит. Полученные количественные данные амплитудных и временных зависимостей акустического давления позволяют проводить идентификацию режима взаимодействия МЛИ с поглощающим веществом.

Третья глава посвящена акустике оптического пробоя в атмосфере.

Оптический пробой обладает наиболее высоким коэффициентом преобразования падающей лазерной энергии в акустическую. Поскольку ДЛИ характеризуется несколькими существенно различными пространственными масштабами, в том числе размером ОП и средним расстоянием между соседними ОП, это позволяет выделить связанные с ними низкочастотные компоненты АВ, генерируемых ДЛИ, и интерпретировать нелинейные потери энергии МЛП на трассе распространения.

В § 3.1 приведено описание методики проведения измерений и представлены результаты экспериментов по регистрации акустических откликов, генерируемых квазисферическими ОП в канале импульсного МЛИ.

Путем многократной одновременной регистрации видимого размера ОП и генерируемого им акустического импульса найдены эмпирические соотношения, связывающие диаметр ОП с длительностью и амплитудой генерируемого им акустического импульса. Показано, что квазисферический ОП, как источник акустического импульса, является излучателем нулевого порядка. Поэтому, амплитуда и длительность генерируемого им акустического импульса зависят только от его геометрических размеров. Это позволяет по измерению параметров генерируемых ОП акустических откликов на трассе распространения МЛП определить размеры отдельных ОП в ДЛИ и их распределение по размерам, после чего построить гистограммы, иллюстрирующие области нелинейных потерь в МЛП.

В § 3.2 проанализированы принципиальные отличия акустических сигналов, генерируемых ДЛИ и отдельными ОП, и рассмотрены особенности регистрации ОА-сигналов, генерируемых ДЛИ в канале распространения МЛИ.

Отмечается, что в ранее опубликованных работах не проводилась обработка акустических свойств ДЛИ в реальном времени и приводятся примеры обработки ОА-сигналов, генерируемых ДЛИ, с помощью ПЭС «Атмосферная оптоакустика».

Специфика разрядов типа ДЛИ проявляется на поздних стадиях, когда ОП расширяются в окружающий газ по механизму светодетонационной волны. Область пробоя характеризуется несколькими пространственными масштабами: средний размер ОП, среднее расстояние между соседними ОП и общий размер области пробоя. Эти пространственные масштабы в частотной области проявляют себя в виде спектральных особенностей, по которым можно оперативно оценить указанные выше масштабы. Чем точнее первичные измерения для определения частотных спектров, тем выше точность измерения пространственных масштабов области пробоя.

Четвертая глава посвящена особенностям и прогнозу приземного распространения звука в рамках линейного приближения для задач диагностики распространения МЛП в атмосфере. Изложение материала в форме обзора включает исследования автора и анализ известных публикаций в отечественной и зарубежной литературе.

В § 4.1 указаны особенности научных задач при исследовании распространения звука вблизи подстилающей поверхности, а § 4.2 приведена методология проведения натурных экспериментальных исследований по ослаблению и флуктуациям амплитуды приземных звуковых волн на трассах до 1 км.

В § 4.3 классифицированы по степени значимости известные факторы искажения (ослабления или усиления) звуковых волн при распространении в АПС вблизи поверхности земли на дальностях до 1 км. Особое внимание акцентировано на следующих факторах: влияние подстилающей поверхности, как границы, обладающей конечным модельным импедансом; турбулентное ослабление звука, зависящее от частоты звуковой волны, интенсивности турбулентности атмосферы и взаимного размещения источника, приемника звука и подстилающей поверхности; влияние рефракции при волноводном и антивол-новодном режимах распространения звука.

Теоретическое описание флуктуаций амплитуды и фазы звуковой волны детально выполнено для случая распространения звука в свободном пространстве [10]. Соответствующей теории для распространения звука над импедансной поверхностью нет. В § 4.4 обсуждаться рамки применимости уже существующей теории, исходя из сопоставления теоретических и экспериментальных результатов.

Получено, что при распространении звуковых волн вблизи поверхности земли относительная дисперсия флуктуации уровня звука способна к более быстрому насыщению (достижению максимума), нежели при распространении в свободном пространстве, то есть измеряемые значения дисперсии флуктуаций оказываются значительно больше прогнозируемых. Для статистических характеристик флуктуаций амплитуды волн звукового диапазона частот обосновано применение масштаба подобия, зависящего от эффективной скорости ветра, поперечной к трассе распространения звука.

Уширение частотного спектра OA-сигналов при распространении от источника к приемнику АВ, обусловленное турбулентностью атмосферы рассмотрено в § 4.5. Эффект уширения, обусловленный беспорядочной модуляцией частоты звукового импульса, создается взаимным влиянием турбулентности и поперечного ветра.

Основные искажения OA-сигналов, распространяющихся в атмосфере, проанализированы в § 4.6. Отмечается, что в слаботурбулентной атмосфере при распространении звука на расстояния порядка 1 км наиболее слабому ослаблению подвержены частоты ниже 200 Гц. Средние частоты будут ослабляться влиянием поверхности земли, а высокие -влиянием классического и молекулярного поглощения. При увеличении интенсивности турбулентности в атмосфере средние частоты будут ослабляться меньше, поскольку уменьшается фактор ослабления за счет подстилающей поверхности. Высокие частоты будут существенно подвержены влиянию турбулентного ослабления, если источник или приемник АВ обладает узкой диаграммой направленности. Рефракция оказывает малое влияние на ослабление звука при углах наблюдения к горизонту больших, чем ~5° до расстояний распространения звуковых волн порядка 1 км.

Нелинейное поглощение звуковых пучков в атмосфере рассмотрено в пятой главе. Методология натурных экспериментов по выявлению уровней нелинейного поглощения мощного звукового пучка в диапазоне частот 1 ч- 3,5 кГц на атмосферных приземных трассах до 200 м приведена в § 5.1, а в § 5.2 обсуждаются полученные результаты.

Показано: эффект нелинейного поглощения экспериментально зафиксирован в исследованном диапазоне звуковых частот и трасс распространения звука, что стало возможным благодаря уникальным техническим характеристикам использованного в экспериментах мощного излучателя звука.

Теория нелинейной акустики [13] позволяет получить простые соотношения для оценки нелинейного поглощения звука при значительной разнице в масштабах проявления нелинейных, дифракционных и диссипативных эффектов. Строгий учет нелинейных эффектов требует использования совместного учета влияния нелинейности, дифракции и диссипации на распространение звуковых пучков.

В § 5.3 на основе уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова обсуждаются вопросы разработки численного алгоритма решения этого уравнения, а также сравнения результатов численного моделирования с результатами эксперимента. Предложенная схема численного моделирования распространения мощного звукового пучка в атмосфере уверенно согласуется с результатами экспериментальных исследований и может быть рекомендована для проведения наиболее тщательных расчетов нелинейных искажений звуковых волн в атмосфере.

В § 5.4 численно моделируются с использованием разработанной программы "Атмосферная нелинейная акустика" различные ситуации трансформации частотного спектра и формы OA-сигналов при их нелинейном распространении в АПС.

Глава шесть посвящена обсуждению оптимального приема OA-сигналов в атмосфере.

В решении практических задач атмосферной оптоакустики отношение сигнал-шум при регистрации акустических откликов существенно зависит от картины внешних акустических шумов, заполняющих пространство АПС и являющихся помехой, ограничивающей дальность приема OA-сигналов и, как следствие, качество и достоверность диагностируемых ОА-методом параметров канала МЛИ.

Влияние внешних шумов на качество и достоверность OA-измерений можно уменьшить, используя информацию о физических закономерностях распространения и распределения внешних акустических шумов в АПС.

В § 6.1 приведено описание методологии проведения экспериментов по выявлению особенностей внешних акустических шумов в атмосфере, а в § 6.2 - результаты экспериментального исследования эффекта высотно-частотного распределения внешнего шума.

В § 6.3 построена модель обнаруженного в экспериментах эффекта и проведены численные расчеты, которые показывают, что высотное распределение шумов в атмосфере удовлетворяет разработанной эмпирической однопараметрической модели. Для большинства метеорологических состояний АПС высотное распределение внешних шумов зависит от среднего значения пористости грунта подстилающей поверхности.

В седьмой главе обсуждаются методологические основы дистанционной ОА-диагностики канала распространения импульсного МЛИ в атмосфере.

В § 7.1 приводятся примеры обработки OA-сигналов с помощью ПЭС «Атмосферная оптоакустика», а также описание алгоритма и физическое обоснование заложенных в программный комплекс моделей. ПЭС позволяет учесть влияние диссипативных, дифракционных и нелинейных эффектов на форму OA-сигналов в исследованиях, проводимых в реальном времени. Обсуждаются проблемы восстановления распределения плотности лазерной энергии по сечению МЛП и геометрических характеристик ДЛИ с учетом методических и аппаратурных погрешностей, зашумленности АПС. Выявляются преимущества и недостатки бистатической и моностатической схем OA-зондирования. В алгоритмах ПЭС использованы результаты исследований, приведенных во 2-6-й главах работы.

В § 7.2 на основе комплексных исследований, включая разработанный акустический метод пассивной дистанционной идентификации физических процессов, инициируемых МЛИ при взаимодействии с частицами поглощающего аэрозоля, выявлены закономерности изменения коэффициента ослабления излучения СОг-лазера, зависящие от микрофизических параметров атмосферного аэрозоля и энергетических параметров МЛП. Анализ этих закономерностей позволил предложить модель инженерной оценки пропускания МЛИ для конкретной оптико-метеорологической ситуации в атмосфере.

Материалы § 7.3 демонстрируют эффективность OA-метода в комплексных исследованиях распространения фемтосекундного лазерного излучения в атмосфере. Цель исследований: изучение нелинейно-оптических эффектов, возникающих при распространении в модельном аэрозоле и воздухе лазерных импульсов с интенсивностью, достижимой при сверхкоротких длительностях импульса, а также исследование распространения фемтосе-кундных лазерных импульсов при реализации филаментации. Результаты выполненных экспериментов пока не нашли своего строгого теоретического обоснования, а обнаруженные новые физические эффекты нуждаются в дальнейшем исследовании.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

В приложении - акты использования и внедрения результатов работы.

Повторяющиеся по тексту работы обозначения и сокращения приведены в списке: Перечень основных сокращений и обозначений.

По тексту изложения материала в диссертационной работе принята следующая терминология, устоявшаяся среди специалистов в области атмосферной акустики и оптоакустики: «оптико-акустический.», но - «оптоакустика»; «термооптическая.», но - подразумевается генерация не оптических, а АВ при тепловом нагреве среды модулированным МЛИ; «приземное распространение звука» — означает распространение звука вблизи подстилающей поверхности, искажающей звуковое поле; «МЛИ» - лазерное излучение с мощностью, достаточной для проявления нелинейно-оптических эффектов; «АВ» - волны звукового, ультразвукового и гиперзвукового диапазона частот; «звук» - АВ звукового диапазона частот (20 -г 20000 Гц).

Заключение диссертации по теме «Радиофизика», Бочкарев, Николай Николаевич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе получены следующие основные результаты.

1. Оптико-акустическими исследованиями обнаружено уменьшение акустического энерговклада при светоиндуцированной взрывной фрагментации водных аэрозолей и установлены пороги взрывного вскипания и разрушения капель аэрозоля, хорошо согласующиеся с соответствующими оптическими исследованиями. Определена зависимость амплитуды генерируемого акустического импульса от плотности энергии воздействующего излучения СОг-лазера при поверхностном испарении, взрывном вскипании и разрушении частиц водных аэрозолей, что позволило предложить оптико-акустический способ измерения концентрации частиц водных аэрозолей в атмосфере.

2. Акустические параметры длинной лазерной искры, возникающей в атмосфере при распространении мощного лазерного излучения СОг-лазера микросекундной длительности и состоящей из отдельных очагов пробоя, определяются концентрацией аэрозольных твердофазных частиц с размерами выше критического и акустическими характеристиками очагов пробоя, зависящими от размеров их видимых ореолов.

3. Для атмосферно-акустических исследований на приземных трассах разработан методический подход селекции турбулентного ослабления звука, позволивший экспериментально доказать справедливость выводов теории турбулентного ослабления звука, полученных в малоугловом приближении. Экспериментально обнаружены случаи аномальные поведения приземного ослабления звука над слоистыми поверхностями типа мерзлый грунт, снежная поверхность.

4. На приземных трассах до 1 км выявлены и исследованы особенности наиболее значимых факторов искажения тональных и импульсных звуковых сигналов, что позволило предложить методику прогноза полного ослабления звука для исследования процессов, сопровождающих распространение мощных лазерных пучков, а также ряд способов акустического зондирования атмосферы, имеющих прикладное значение.

5. Обнаружен и исследован эффект высотно-частотного распределения акустического шума в атмосфере, который обусловлен влиянием граничных импедансных свойств подстилающей поверхности и существенно влияет на эффективность систем акустического и оптико-акустического зондирования. Предложен способ определения нейтральной частоты, для которой отсутствует высотная зависимость отношения сигнал-шум при высоте приема нескольких метров над подстилающей поверхностью, позволяющий повысить потенциал систем оптико-акустической диагностики и акустического зондирования за счет увеличения отношения сигнал-шум на апертуре приемника, а для целей борьбы с шумовым загрязнением атмосферы - уменьшить факторы вредного воздействия внешних акустических шумов техногенного характера.

6. Статистические характеристики флуктуации уровня звука на атмосферных трассах до 100 м при влиянии граничных свойств подстилающей поверхности существенно отличаются от соответствующих характеристик при распространении звука в свободном пространстве, однако применение для статистических характеристик флуктуаций уровня звука масштаба подобия, зависящего от эффективной скорости ветра, поперечной к трассе распространения звука, вполне обоснованно.

7. Результаты экспериментальных исследований нелинейных искажений мощных звуковых волн на коротких атмосферных трассах позволили обосновать использование методики прогноза нелинейного поглощения звука на основе численного решения уравнения Хохлова-Заболотской-Кузнецова и создать программный комплекс «Атмосферная нелинейная акустика», позволяющий контролировать степень нелинейных искажений звуковых волн, что имеет прикладное значение для проектирования новых мощных средств звуковещания и акустического зондирования атмосферы.

8. Программно-экспертная система «Атмосферная оптоакустика», методики и сопутствующее им математическое обеспечение, разработанные в процессе выполнения работы, образуют в совокупности метод исследования распространения мощных лазерных пучков в атмосфере, который можно использовать для исследований трансформации характеристик аэрозольных ансамблей различного происхождения под воздействием мощного лазерного излучения, в том числе фемтосекундной длительности.

9. Методы, развитые при экспериментальном исследовании процессов вскипания жидкости и акустики взрывающихся капель, а также полученные физические результаты акустических последствий взаимодействия мощного лазерного излучения с веществом атмосферы важны для изучения физики конденсированного состояния вещества, физики взаимодействия лазерного излучения с веществом, кинетики двухфазных сред.

10. Установленная с помощью оптико-акустических измерений адекватность физических процессов взаимодействия мощного лазерного излучения с аэрозолем в лабораторных и натурных условиях явилась основой методологии разработки инженерной модели оценки пропускания лазерного излучения в тумане, летней дымке и дожде.

11. Акустические свойства плазменного акустического излучателя позволяют рекомендовать его в качестве эталонного источника в диапазоне частот, недоступном при других способах генерации. Плазменный акустический излучатель имеет недостижимую для известных способов генерации ширину полосы воспроизводимых частот при незначительных нелинейных и амплитудно-частотных искажениях.

12. При переходе от фемто к наносекундной длительности импульса лазерного излучения для неизменной энергии излучения амплитуда генерируемого аэрозольным объемом акустического отклика уменьшается примерно на два порядка. Нелинейный оптико-акустический эффект при взаимодействии фемтосекундного лазерного излучения с воздухом свидетельствует о нетривиальном поглощении лазерного излучения.

Список литературы диссертационного исследования доктор физико-математических наук Бочкарев, Николай Николаевич, 2005 год

1. Зуев В.Е., Землянов А.А., Копытин Ю.Д., Кузиковский А.В. Мощное лазерное излучение в атмосферном аэрозоле. Новосибирск: Наука, 1984. 223 с.

2. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Зуев В.Е., Кабанов A.M., Погодаев В.А. Нелинейная оптика атмосферного аэрозоля. Новосибирск: Изд-во СО РАН, 1999. 256 с.

3. Гусев В.Э., Карабутов А.А. Лазерная оптоакустика. М.: Наука, 1991. 304 с.

4. Карабутов А.А., Пеливанов И.М., Подымова Н.Б., Скипетров С.Е. Измерение оптических характеристик рассеивающих сред оптико-акустическим методом // Квантовая электроника. 1999. Т. 29. № 3. С. 215-220.

5. Лямшев Л.М. Радиационная акустика. М.: Наука-Физматлит, 1996. 304 с.

6. Лямшев М.Л. Лазерное термооптическое возбуждение звука в жидкости с фрактальными микронеоднородностями // Акустический журнал. 1998. Т. 44. № 5. С. 700-702.

7. Лямшев Л.М. Возбуждение звука лазерными импульсами при оптическом пробое жидкости с фрактальными микронеоднородностями // Акустический журнал. 1998. Т. 44. №6. С. 851-854.

8. Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферы. Новосибирск: Наука, 1986. 166 с.

9. Осташев В.Е. Распространение звука в движущихся средах. М: Наука, 1992. 206 с.

10. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М: Наука, 1967. 548 с.

11. Жаров В.П., Летохов B.C. Лазерная оптико-акустическая спектроскопия. М: Наука, 1984. 320 с.

12. Бахвалов Н.С., Жилейкин Я.М., Заболотская Е.А. Нелинейная теория звуковых пучков. М: Наука, 1982. 174 с.

13. Наугольных К.А., Островский JI.A. Нелинейные волновые процессы в акустике. М: Наука, 1990. 235 с.

14. Баранов И.Я. Многоцелевой электрогазодинамический СОг-лазер высокой мощности // Квантовая электроника. 1994. Т.21. № 6. С. 581-584.

15. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Механизм притяжения молнии и проблема лазерного управления молнией // УФН. 2000. Т. 170. № 7. С. 753-769.

16. Бочкарев Н.Н., Землянов А.А., Кабанов A.M., Погодаев В.А. Акустическая диагностика эффективности образования очагов пробоя для задачи лазерного инициирования молниевых разрядов // Известия ВУЗов. Физика, 2001. 16 с. Деп. в ВИНИТИ, № 2342-В2001.

17. Дмитриев А.К., Фурзиков Н.П. Взрывное вскипание и генерация ударных волн при абляции биоткани импульсами СО2-лазера // Акустический журнал. 1990. Т. 36. Вып. 6. С. 1016-1020.

18. Бочкарев Н.Н., Кабанов A.M., Погодаев В. А. Возможности акустической идентификации режимов взаимодействия лазерного излучения с поглощающим веществом // Известия ВУЗов. Физика, 1997. 13 с. Деп. в ВИНИТИ, № 1490-В97.

19. Кандидов В.П. Обзор нелинейных эффектов при распространении лазерного излучения в атмосфере // Нелинейная оптика и оптика атмосферы. Томск: ТФ СО РАН, 1988. С. 3-12.

20. Лямшев Л.М. Лазеры в акустике // УФН. 1987. Т. 151. Вып. 3. С. 479-527.

21. Sigrist M.W. Laser generation of acoustic waves in liquids and gases // J. Appl. Phus. 1986. V. 60. № 7. p. R83-R121.

22. Лямшев Л.М. Оптико-акустические источники звука // УФН. 1981. Т. 135. Вып. 4. С. 637-669.

23. Егерев С.В., Лямшев Л.М., Пученков О.В. Лазерная динамическая оптоакустическаядиагностика конденсированных сред // УФН. 1990. Т. 160. Вып. 9. С. 111-154.

24. Зуев В.Е., Землянов А.А., Копытин Ю.Д. Нелинейная оптика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1989. 256 с.

25. Зуев В.Е., Копытин Ю.Д., Кузиковский А.В. Нелинейные оптический эффекты в аэрозолях. Новосибирск: Наука, 1980. 184 с.

26. Аливердиев А.А. О возможности использования скорости регистрации сигнала для томографического исследования возбужденных сред // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1997. Т. 15. № 6. С. 761-768.

27. Довгалюк Ю.А., Ивлев JI.C. Физика водных и других атмосферных аэрозолей. JL: Изд-во ЛГУ, 1977. 252 с.

28. Зуев В.Е., Кабанов М.В. Оптика атмосферного аэрозоля. Л.: Гидрометеоиздат, 1987. 254 с.

29. Зуев В.Е., Креков Г.М. Оптические модели атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1986.256 с.

30. Зуев В.Е. Прозрачность атмосферы для видимых и инфракрасных лучей. М.: Сов. радио, 1966. 318 с.

31. Матвеев Л.Т. Курс общей метеорологии. Физика атмосферы. Л.: Гидрометеоиздат, 1976. 639 с.

32. Погодаев В.А. Частица твердофазного аэрозоля в интенсивном световом поле: допробойный режим взаимодействия // Оптика атмосферы и океана. 1992. Т. 5. № 4. С. 391-396.

33. Пришивалко А.П., Бабенко В.А., Кузьмин В.Н. Рассеяние и поглощение света неоднородными анизотропными сферическими частицами. Минск: Наука и техника, 1984. 263 с.

34. Райзер Ю.П. Лазерная искра и распространение разрядов. М.: Наука, 1974. 308 с.

35. Копытин Ю.Д., Сорокин Ю.М., Скрипкин A.M., Белов Н.Н., Букатый В.И. Оптический разряд в аэрозолях. Новосибирск: Наука, 1990. 159 с.

36. Бузуков А.А., Тесленко B.C. Давление на фронте ударном волны в ближней зоне пробоя лазерной искры в воде // ПМТФ. 1970. № 3. С. 123-126.

37. Пожидаев В.Н., Новиков В.И. О возможности разрушения капель тумана с помощью гигантских импульсов лазеров // Оптика и спектроскопия. 1976. Т. 40. Вып. 3. С. 574-577.

38. Бункин Ф.В., Савранский В.В. Оптический пробой газа, инициируемый тепловым взрывом // ЖЭТФ. 1973. Т. 65. Вып. 6. С. 2185-2195.

39. Землянов А.А., Погодаев В.А, Пожидаев В.Н., Чистякова JI.K. Оптическая прочность слабо поглощающих капель в интенсивных световых полях // ПМТФ. 1977. № 4. С. 33-37.

40. Роч Ф., Девис М. Электрическая прочность некоторых жидких диэлектриков, подвергшихся воздействию импульса излучения лазера с модулированной добротностью // ТИИЭР. 1970. Т. 58. № 9. С. 108-109.

41. Погодаев В.А., Рождественский А.Е. Оптический пробой в воздухе, инициируемый слабо поглощающими водными частицами // Письма в ЖТФ. 1979. Т. 5. Вып. 5. С. 257-261.

42. Кулешев В.М., Мамонов В.К. Пробой в слабо поглощающих частицах водного аэрозоля при воздействии на них излучения с Я = 1,06 мкм // Труды Институтаэкспериментальной метеорологии. 1981. Вып. 26 (99). С. 60-64.

43. Погодаев В.А., Рождественский А.Е. Разрушение слабо поглощающих капель в условиях оптического пробоя // 2-е Всесоюзное совещание по распространению лазерного излучения в дисперсной среде. Тезисы докладов. Обнинск: ВНИИГМИ-МЦД, 1982. Ч. 2. С. 119-122.

44. Погодаев В.А., Рождественский А.Е. Взрыв и оптический пробой слабо поглощающих водных аэрозолей в мощном световом поле // ЖТФ. 1983. Т. 53. Вып. 8. С. 1541-1546.

45. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М.: Наука, 1966. 686 с.

46. Островская Г.В., Зайдель А.Н. Лазерная искра в газах // УФН. 1973. Т. 111. Вып. 4. С. 579-610.

47. Зуев В.Е., Кузиковский А.В., Погодаев В.А. и др. Тепловое действие оптического излучения на водные капли малого размера // ДАН СССР. 1972. Т. 205. № 5. С. 1069-1072.

48. Кузиковский А.В. Динамика сферической частицы в мощном световом поле // Известия ВУЗов. Физика. 1970. Т. 13. № 5. С. 89-94.

49. Погодаев В.А., Букатый В.И., Хмелевцов С.С., Чистякова Л.К. Динамика взрывного испарения водных капель в поле оптического излучения // Квантовая электроника. 1971. №4. С. 128-130.

50. Зуев В.Е., Землянов А.А. Взрывы водных капель под действием интенсивного лазерного излучения // Известия ВУЗов. Физика. 1983. Т. 26. № 2. С. 53-65.

51. Коханов В.И., Небольсин М.Ф., Чистякова Л.К. Рассеяние оптического излучения взрывающимися частицами водного тумана // Известия ВУЗов. Физика. 1987. Т. 30. № 2. С. 79-84.

52. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Модель деформации и разрушения крупных водных капель под действием излучения СОг-лазера // Оптика атмосферы. 1991. Т. 4. № 6. С. 618-624.

53. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Взрывное вскипание крупных водных капель под действием интенсивного лазерного излучения // Оптика атмосферы и океана.1993. Т. 6. № 11. С. 1426-1434.

54. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Погодаев В.А., Рождественский А.Е. Полуэмпирическая модель разрушения частиц водного аэрозоля лазерными импульсами // Оптика атмосферы. 1988. Т. 1. № 3. С. 27-34.

55. Землянов А.А., Небольсин М.Ф., Погодаев В.А., Рождественский А.Е. Просветление мелкокапельного тумана импульсом СОг-лазера // ЖТФ. 1985. Т. 55. Вып. 4. С. 791-793.

56. Райзер Ю.П. Пробой и нагревание газов под действием лазерного луча // УФН. 1965. Т. 87. Вып. 1.

57. Haught A.F., Meyerand R.G., Smith D.C. Physics of quantum electronics. New York. 1966. P. 509. (Пробой в газах под действием светового излучения. М: Мир, 1968).

58. Busher Н.Т., Tomlinson R.G., Damon Е.К. // Phus. Rev. Lett, 1965. V. 15. P. 847. (Частотная зависимость пробоя, вызванного световым лучом. Перев. в сб. Действие лазерного излучения. М: Мир, 1968).

59. Барчуков А.И., Бункин Ф.В., Конов В.И., Прохоров A.M. // Письма в ЖТФ. 1973. № 17. С. 413-414.

60. Агеев В.П., Барчуков А.И., Бункин Ф.В. и др. Пробой газов вблизи твердых мишеней импульсным излучением СОг-лазеров // Изв. ВУЗов. Физика. 1977. № 11. С. 35-60.

61. Островская Г.В., Зейдин А.Н. Механизмы оптического пробоя атмосферы // УФН. 1973. Т. 3. С. 579.

62. Захарченко С.В., Скрипкин A.M. Распространение лазерного излучения при возникновении длинной лазерной искры // ЖТФ. 1985. Т. 55. № 10. С.935-1942.N

63. Белов Н.Н. Вероятность оптического пробоя в аэрозоле // ДАН СССР. 1986. Т. 289. №6. С.1370-1372.

64. Белов Н.Н., Дацкевич Н.П., Карлова Е.К., Карлов Н.В., Кононов Н.Н., Кузьмин Г.П.,

65. Негин А.Е., Никифоров С.М., Фукс Н.А. Канал просветления и образование плазмы пробоя в аэрозоле под действием излучения СОг-лазера // ЖТФ. 1979. Т. 49. № 2. С. 333-337.

66. Smith D.C. Gas breakdown initiated by laser radiation interaction with aerosols and solid surfaces // J. Appl. Phus. 1977. V. 48. № 6. P. 2217-2225.

67. Белов H.H. Зависимость порога оптического пробоя от радиуса аэрозольных частиц // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2. № 1. С. 63-68.

68. Heritier J.M. Electrostrictive limit and focusing effects in pulsed photoacoustic detection // Optics Communications. 1983. V. 44. № 4. P. 267-272.

69. Джиджоев M.C., Попов B.K., Платоненко B.T., Чугунов А.В. Зависимость параметров оптоакустического сигнала от радиуса возбуждаемой области // Квантовая электроника. 1984. Т. 11. № 2. С. 414.

70. Колосов В.В., Кузиковский А.В. Исследование термооптической генерации звука в атмосфере // Оптика атмосферы. 1988. Т. 1. № 3. С. 57-60.

71. Воробьев В.В., Мякинин В.А., Лоткова Э.Н., Дубровский П.Е. Возбуждение звука в воздухе излучением лазера на окиси углерода // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3. № 5. С. 513-517.

72. Воробьев В.В. О генерации звука в воздухе модулированным лазерным излучением с длиной волны X = 10,6 мкм // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3. № 6. С. 593-597.

73. Воробьев В.В., Грачева М.Е., Гурвич А.С. Акустическая томография импульсных лазерных пучков // Акустический журнал. 1986. Т. 32. Вып. 4. С. 457-461.

74. Воробьев В.В., Грачева М.Е., Гурвич А.С., Мякинин В.А. Акустические измерения распределения энергии в поперечном сечении лазерного пучка // Оптика атмосферы. 1989. Т. 2. № 7. С. 723-727.

75. Покасов Вл.В., Воробьев В.В., Гурвич А.С., Дьяков А.С., Пряничников B.C.

76. Определение структуры лазерного пучка акустическим методом в условиях кинетического охлаждения воздуха// Оптика атмосферы. 1990. Т. 3. № 8. С. 864-870.

77. Креков Г.М., Шаманаева Л.Г. Оптическая генерация звука в атмосфере // Акустический журнал. 1988. Т. 34. Вып. 1. С. 197-198.

78. Шаманаева Л.Г. Термооптическая генерация звука при распространении мощного лазерного излучения в атмосфере // Известия ВУЗов. Физика. 2001. № 11. С. 51-55.

79. Копытин Ю.Д., Шаманаева Л.Г. Оптическая генерация звука в атмосфере и на границе конденсированных сред // Материалы 8 Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск. 1986. Ч. 2. С.319-328.

80. Зуев В.Е. Распространение лазерного излучения в атмосфере. М.: Радио и связь. 1981.320 с.

81. Есипов И.Б. Излучение звука движущимся со сверхзвуковой скоростью тепловымисточником //Акустический журнал. 1977. Т. XXIII. Вып. 1. С. 164-165.

82. Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Сорокин Ю.М. Оптические эффекты в аэрозолях // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3. № 6. С. 563-578.

83. Бункин Ф.В., Михалевич В.Г., Шипуло Г.П. Генерация монохроматического звука в воде при поглощении в ней лазерного излучения // Квантовая электроника. 1976. Т. 3.№2. С. 441-443.

84. Армстронг P.JI., Землянов А.А., Кабанов A.M. Экспериментальное исследование акустического отклика от одиночных аэрозольных частиц в интенсивном световом поле

85. Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 9. С. 1236-1240.

86. Гейнц Ю.Э., Землянов А.А. Теоретическая модель генерации звука при фазовых переходах в жидкой аэрозольной частице // Оптика атмосферы и океана. 1995. Т. 8. № 12. С. 1821-1824.

87. Шаманаева Л.Г., Копытин Ю.Д., Красненко Н.П. Разработка и исследование оптико-акустических методов зондирования параметров атмосферы // 7 Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Томск. 1982. Ч. 2. С. 126-130.

88. Беляев Е.Б., Годлевский А.П., Копытин Ю.Д., Красненко Н.П., Муравский В.П., Шаманаева Л.Г. О характере генерации акустического излучения при лазерном пробое газ о дисперсных сред // Письма в ЖТФ. 1982. Т. 8. № 6. С. 333-337.

89. Mleczko A., Bukowski R., Kleszewski Z. Optical generation of acoustic waves // Arch, acoust. 1983. V. 8. № 3. P. 249-253.

90. Kuo Chien-Jn, Patel C.K.N. Direct measurement of optoacoustic induced ultrasonic waves // Appl. Phys. Lett. 1984. V. 44. № 8. P. 752-754.

91. A. c. 1101017 СССР, МКИ: G 01 W 1/00. Способ измерения скорости ветра / Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Шаманаева Л Г. Опубл. в БИ. 1984. № 24.

92. А. с. 1289236 СССР, МКИ: G 01 W 1/00. Способ определения параметров атмосферы / Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Шаманаева Л.Г. Опубл. в БИ. 1987. № 5.

93. Беляев Е.Б., Годлевский А.П., Копытин Ю.Д., Красненко Н.П., Муравский В.П., Шаманаева Л.Г. Оптико-акустические эффекты при лазерном пробое атмосферы // 2-е Совещание по атмосферной оптике. Тезисы докладов. Томск. 1980. Ч. 3. С. 156-159.

94. Копытин Ю.Д., Протасевич Е.Т., Чистякова Л.К., Шишковский В.И. Воздействие лазерного и ВЧ-излучений на воздушную среду. Новосибирск: Наука, 1992. 189 с.

95. Бочкарев Н.Н., Копытин Ю.Д., Красненко Н.П., Миронов B.JL, Погодаев В.А. Исследование плазмы оптического пробоя атмосферы // Материалы 8-го Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск. 1986. 4.2. С. 194-198.

96. Бочкарев Н.Н. Исследование кинетики очагов оптического пробоя атмосферы по акустическому отклику // Актуальные вопросы теплофизики и физической газодинамики. Материалы II Всесоюзной конференции. Новосибирск. 1988. С. 118-123.

97. Шаманаева Л.Г. Оптико-акустическое зондирование счетной концентрации грубодисперсной фракции атмосферного аэрозоля // Оптика атмосферы. 1997. Т. 10. № i.e. 105-112.

98. Шаманаева Л.Г. Спектры акустического сигнала при оптическом пробое на твердойаэрозольной частице // 4 Симпозиум «Оптика атмосферы и океана». Тезисы докладов. Томск. 1997. С. 104-105.

99. Шаманаев С.В. Экспериментальные исследования характеристик звукового сигнала, генерируемого при лазерном пробое на твердой аэрозольной частице // Оптика атмосферы. 1998. Т. 11. № 12. С. 1352-1355.

100. Шаманаев С.В. Генерация звука при лазерном пробое на частицах твердого аэрозоля // Известия ВУЗов. Физика. 2001. № 12. С. 8-13.

101. Джеффрис Г., Свирлс Б. Методы математической физики. М.: Мир, 1970. 334 с.

102. Макс Ж. Методы и техника обработки сигналов при физических измерениях. М.: Мир, 1983. 311 с. 1 т. 256 с. - 2 т.

103. Букатый В.И., Колобов А.А., Тельнихин А.А., Возбуждение разряда в воздухе лазерным излучением // ЖТФ. 1985. Т. 55. Вып. 2. С. 312-318.

104. Королев И.Я., Кособурд Т.П., Вдовин В.А., Сорокин Ю.М. Комплексное исследование динамики акустических возмущений, генерируемых низкопороговым коллективным оптическим разрядом //ЖТФ. 1987. Т. 57. Вып. 12. С. 2314-2323.

105. ИЗ. Королев И.Я., Самохвалов А.В., Сорокин Ю.М. Спектральная акустическая диагностика коллективного оптического разряда // Оптика атмосферы. 1988. Т. 1. № 1.С. 73-80.

106. Сорокин Ю.М. Оптимизация пороговых условий коллективного оптического разряда // Оптика атмосферы. 1988. Т. 1. № 8. С. 36-43.

107. Бочкарев Н.Н., Кабанов A.M., Погодаев В.А. Экспресс-диагностика канала распространения мощного лазерного излучения в атмосфере // Сборник трудов 15 сессии Российского акустического общества. Нижний Новгород. 2004. Т. 2. С. 121-126.

108. Bochkarev N.N., Kabanov А.М., Pogodaev V.A. Atmospheric optoacoustics of power parameters of a high-power laser beam // Proceedings of SPIE. 2004. V. 5743. P. 187-193.

109. Бочкарев H.H., Кабанов A.M., Погодаев B.A. Оптоакустика канала распространения мощного лазерного излучения в атмосфере // Оптика атмосферы и океана. 2003. Т. 16. №9. С. 816-821.

110. Zemlyanov А.А., Bochkarev N.N., Kabanov A.M., Pogodaev V.A. Generation of acoustic pulses on the natural centers of absorption with propagation C02-laser radiation on atmospheric paths // Proceedings of SPIE. 2000. V. 4341. P. 202-209.

111. Бочкарев H.H., Землянов А.А., Кабанов A.M., Погодаев B.A. Акустическая диагностика очагов пробоя в атмосфере // Оптика атмосферы и океана. 2001. Т. 14. № 12. С. 1141-1144.

112. Zemlyanov A.A., Bochkarev N.N., Kabanov A.M., Pogodaev V.A. Laser spark in the task lightning control // Proceedings of SPIE. 2002. V. 4678. P. 190-194.

113. Bochkarev N.N., Kabanov A.M., Pogodaev V.A. Acoustic method in the forecast of efficiency of transportation of powerful laser radiation in an atmosphere // Proceedings of SPIE. 2003. V. 5396. P. 183-190.

114. Мицель А.А., Пономарев Ю.Н. Оптические модели молекулярной атмосферы. Новосибирск: Наука, 1988. 201 с.

115. Блаховская Т.В., Мицель А.А. Инженерная методика оценки характеристикмолекулярного поглощения в области 10,6 мкм // Распространение лазерного излучения в поглощающей свет среде. Томск: ИОА СО АН СССР, 1982. С. 67-80.

116. Розенберг Г.В., Георгиевский Ю.С., Капустин В.Н. и др. Субмикронная фракция аэрозоля и поглощение света в окне прозрачности 8-12 мкм // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1977. Т. 13. № 11. С. 1185-1192.

117. Бочкарев Н.Н., Землянов А.А., Красненко Н.П., Погодаев В.А., Рождественский А.Е. Акустический отклик аэрозольной среды при импульсном оптическом воздействии // Письма в ЖТФ. 1988. Т. 14. Вып. 1. С. 25-29.

118. Бочкарев Н.Н., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов A.M., Красненко Н.П. Режимы генерации звука жидкокапельным аэрозолем различного типа под действием лазерного излучения // Оптика атмосферы. 1988. Т. 1. № 10. С. 111-112.

119. Бочкарев Н.Н., Землянов А.А., Кабанов A.M. Исследование амплитудных и временных характеристик акустического отклика от взрывающихся аэрозольных частиц // Российская аэрозольная конференция. Тезисы докладов. Москва. 1993. С. 67-70.

120. Бочкарев Н.Н., Землянов А.А., Кабанов A.M. Акустический отклик взрывного вскипания аэрозольных частиц при воздействии импульсным лазерным излучением

121. Известия ВУЗов Физика, 1993. 12 с. Деп. в ВИНИТИ, Р28-89-В93.

122. Бочкарев Н.Н., Кабанов A.M., Погодаев В.А. Временные характеристики акустического сигнала, генерируемого малым объемом жидкости в мощном световом поле // Оптика атмосферы и океана. 1994. Т. 7. № 9. С. 1233-1235.

123. Бочкарев Н.Н., Кабанов A.M., Погодаев В.А. Влияние режима тепловой нелинейности на форму генерируемого акустического импульса // 4-й Симпозиум «Оптика атмосферы и океана». Тезисы докладов. Томск. 1997.

124. Бочкарев Н.Н., Гейнц Ю.Э., Землянов А.А., Кабанов A.M., Погодаев В.А. Оперативная оценка ослабления мощного излучения импульсного СОг-лазера на приземных атмосферных трассах // Оптика атмосферы и океана. 1998. Т. 11. № 7. С. 700-707.

125. Bochkarev N.N., Zemlyanov А.А., Geints Yu.E., Kabanov A.M., Pogodaev V.A. Propagation of high power laser radiation in atmospheric under cloud layer // International Forum on «Advanced high power laser and application. AHPLA'99». Osaka. Japan. 1999.

126. Proceedings of SPIE. Vol. 3885 409)).

127. Бочкарев H.H., Кабанов A.M., Погодаев В.А. Исследование динамики объема аэрозольных частиц, облучаемых лазерным импульсом, по временным характеристикам акустического отклика // Оптика атмосферы и океана. 2000. Т. 13. №5. С. 487-491.

128. Погодаев В.А., Рождественский А.Е. Ультразвуковой генератор аэрозольных частиц // II Совещание по атмосферной оптике. Тезисы докладов. Томск: ТФ СО РАН, 1983. Ч. IV. С. 7-9.

129. А. с. 1672811. МКИ: G 01 N 15/02. Способ измерения объемной концентрации аэрозольных частиц / Землянов А.А., Гейнц Ю.Э., Кабанов A.M., Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Погодаев В.А., Рождественкий А.Е. Опубл. в БИ. 1991. № 31.

130. Kabanov A.M., Bochkariov N.N., Pogodaev V.A. Acoustic method of the forecast of influence of a condition of an atmosphere on efficiency of formation extended // VI International conference Atomic and Molecular Pulsed Lasers. Tomsk, 2003. P. 75-76.

131. Броуд Г. Расчеты взрывов на ЭВМ (Газодинамика взрывов). М.: Мир, 1976. 172 с.

132. Седов Л.И. Методы подобия и размерности в механике. М.: Наука, 1967.

133. Тюлин В.Н. Введение в теорию излучения и рассеяния звука. М.: Наука, 1976. 253 с.

134. Delany М.Е. Sound propagation in the atmosphere: a historical review // Acustica. 1977. V. 38. P. 201-223.

135. Brown E.H., Hell F.F. Advance in atmospheric acoustics // Rev. of Geoph. and Space Ph. 1978. V. 16.№ LP. 1-78.

136. Piercy J.E., Embleton T.F.W., Sutherland L.C. Review of noise propagation in the atmosphere//J.A.S.A. 1977. V. 61. № 6. P. 1403-1418.

137. Бочкарев H.H., Красненко Н.П. Особенности приземного распространения звуковых волн // Известия ВУЗов. Физика, 1986. 82 с. Деп. в ВИНИТИ, № 501-В86.

138. Красненко Н.П., Шаманаева Л.Г. Влияние подстилающей поверхности на приземное распространение звуковой волны // Оптика атмосферы. 1995. Т. 8. № 10. С. 15171526.

139. Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Приземное распространение звуковых волн в атмосфере // Материалы 8 Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск. 1986. Ч. 2. С. 276-288.

140. Bass Е.Н., Sutherland L.C., Piercy J., Evans L. Absorption of sound by the atmosphere // Phys. Acoustics: Princ. And meth. Orlando e.a. 1984. V. 17. P. 145-232.

141. Красненко Н.П., Одинцов С.Л. Анализ коэффициента поглощения звука в воздухе // Препринт № 16. Томск: ИОА СО АН СССР. 1984. 33 с.

142. Surridge A.D. Frequency of an acoustic wave train due atmospheric absorption // Acustica. 1980. V. 44. №3. P. 207-211.

143. Стретт Д.В. Теория звука. M.- Л.: ОГИЗ, 1944. Т. 1 504 с. Т. 2 - 476 с.

144. Розенберг В.И. Рассеяние и ослабление электромагнитного излучения атмосферными частицами. Л.: Гидрометеоиздат, 1972. 348 с.

145. Боровой А.Г., Съедин В.Я, Шаманаева Л.Г. Рассеяние звука на жесткой неподвижной сфере произвольного радиуса // Препринт № 7. Томск: ИОА СО АН СССР, 1975.24 с.

146. Ingard U. Review of the influence of meteorological conditions of sound propagation // J.A.S.A. 1953. V. 25. № 3. P. 405-411.

147. Parkin P.H., Scholes W.E. Air-to-ground propagation // J.A.S.A. 1954. V. 26. № 4. P.1021-1023.

148. Parkin P.H., Scholes W.E. The horizontal propagation of sound from a jet engine close to the ground, at radlett // J. Sound Vib. 1964. № 1. P. 1-13.

149. Parkin P.H., Scholes W.E. The horizontal propagation of sound from a jet engine close to the ground, at hatfield // J. Sound Vib. 1965. № 2. P. 353-374.

150. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Механика сплошных сред. М.: Гостехтеориздат, 1953. С. 335-338.

151. Pao S.F., Evans L.B. Sound attenuation over simulated ground cover // J.A.S.A. 1971. V. 49. №4. P. 1069-1075.

152. Rudnic I. The propagation of an acoustic wave along a boundary // J.A.S.A. 1947. V.19. № 2. P. 348-356.

153. Пакерис К. Теория распространения звука в мелкой воде // Распространение звука в океане. Сборник статей. М.: Изд. иностранной литературы, 1951. С. 48-156.

154. Каваи Т. Влияние земной поверхности на распространение звукового шума и модель ее импеданса. М.: ВЦП, № Е-06885. Пер. с яп. 1983.

155. Thomasson S.I. Sound propagation above a layer with a large refraction index // J.A.S.A. 1977. V. 61. № 3. P. 659-674.

156. Chessell C.I. Propagation of noise along a finite impedance boundary // J.A.S.A. 1977. V. 62. № 4. P. 825-834.

157. Ingard U. On the reflection of a spherical sound wave from an infinite plane // J.A.S.A. 1951. V. 23. №3. P. 329-335.

158. Habault D. Sound propagation over ground: analytical approximations and experimental results // J. Sound Vib. 1981. V.19. № 4. P. 551-560.

159. Lewhead R. В., Rudnick I. Acoustic wave propagation along a constant normal impedance boundary // J.A.S.A. 1951. V. 23. № 5. P. 546-549.

160. Tomasson S.I. A powerful asymptotic solution for sound propagation above an impedance boundary // Acustica. 1980. V. 45. P. 121-125.

161. Chien C.F., Soroka W.W. A note on the calculation of sound propagation along an impedance boundary // J. Sound Vib. 1980. V. 62. P. 340-343.

162. Daigle G.A. Effects of atmospheric turbulence on the interference of sound waves above afinite impedance boundary // J.A.S.A. 1979. V. 65. № 1. P. 45-49.

163. Wensel A.R. Propagation of waves along an impedance boundary // J.A.S.A. 1974. V. 55. P. 956-963.

164. Donato R.J. Propagation of a spherical waves near the plane boundary with complex impedance // J.A.S.A. 1976. V. 60. № 1. P. 34-39.

165. Embleton T.F.W., Piercy J.E., Olson N. Outdoor propagation over ground of finite impedance // J.A.S.A. 1976. V. 59. № 2. P. 267-277.

166. Piercy J.E. Near-horisontal propagation of sound over grass-land // J.A.S.A. 1976. V. 60. S2 (A).

167. Morse P.M., Ingard V. Theoretical acoustics. New York. 1968. 252 p.

168. Delany M.E., BasleyE.N. Acoustical properties of fibrous absorbent materials // Appl. acoust. 1970. №3. P. 105-116.

169. Справочник по технической акустике / Под редакцией Хекла М., Мюллера X. А. Ленинград: Судостроение, 1980. 439 с.

170. Leonard R. W. Simplified flow resistance measurements // J.A.S.A. 1946. V. 17. № 3. P. 240-241.Ф

171. Bolen L.N., Bass H.E. Effect of ground cover on the propagation of sound through the atmosphere // J.A.S.A. 1981. V. 69. № 4. P. 950-954.

172. Yasushi M. Application of the synchronized correlation method to the measurement of sound propagation over a ground surface // J.A.S.A. 1980. V.l. № 3. P.157-166.

173. Garcin Philippe. La caracterisation acoustique des sols naturels: une action concertee menee par quarte laboratories francais pour le conipte du Ministere de I'Enviroment // Rev. acoust. 1984. V. 17. № 10. P. 163-174.

174. Dickinson P.J., Doak P.E. Measurements of the normal acoustic impedance of ground surface // J. Sound Vib. 1970. № 13. P. 309-322.Щ

175. Jonasson H.G. Sound rediction by barriers on the ground // J. Sound Vib. 1972. № 22. P. 113-126.

176. Embleton T.F.W., Thiessen G.J., Piercy J.E. Propagation in an inversion and reflections at the ground //J.A.S.A. 1976. V. 59. № 2. P. 278-282.

177. Осташев B.E. Теория распространения звука в неоднородной движущейся среде // Изв. АН СССР. ФАО. 1985. Т. 21. № 4. С. 358-373.

178. Winer F. М., Keast D. N. Experimental stady of the propagation of sound over ground // J.A.S.A. 1959. V. 31. № 6. P. 724-734.

179. Осаму Ф., Коити Т., Кодзо X., Такео Я. Влияние вертикального распределения скорости ветра и температуры на распределение звука. М.: ВЦП, № В-64627. Пер. с яп. 1981.

180. Brown Е.Н., Clifford S.F. On the attenuation of sound by turbulence // J.A.S.A. 1976. V. 60. № 4. P. 788-794.

181. Aubry M., Baudin F., Weill A., Raiteau P. Measurement of the total attenuation of acoustic waves in the turbulent atmosphere // J. Geophys. Res. 1974. V.36. P. 5598-5606.

182. Aylor D. Noise reduction by vegetation and ground // J.A.S.A. 1972. V.51. № 1. P. 2-8.

183. Aylor D. Sound transmissions through vegetation in relation to leaf are density, leaf width and breadth of camery. // J.A.S.A. 1972. V.51. № 1. P. 411-414.

184. Красильников В.А. О распространении звука в турбулентной атмосфере // Докл. АН СССР. 1945. Т. 47. № 7. С. 86-89.

185. Обухов A.M. О влиянии слабых неоднородностей атмосферы на распространение звука и света//Изв. АН СССР. Сер. геофиз. 1953. № 2. С. 155-165.

186. Татарский В.И. Теория флуктуационных явлений при распространении волн в турбулентной атмосфере. М.: Изд. АН СССР. 1959.

187. Сучков Б.А. Флуктуации амплитуды звука в турбулентной среде // Акуст. журн. 1958. Т. 4. № 1.С. 85-91.

188. Голицын Г.С., Гурвич А.С., Татарский В.И. Исследование частотных спектров флуктуаций амплитуды и разности фаз звуковых волн в турбулентной атмосфере // Акуст. журн. 1960. Т. 6. № 2. С.187-197.

189. Brownlee L.R. Rytov's method and large fluctuations // J.A.S.A. 1971. V. 50. № 1. P. 156161.

190. Embleton T.F.W., Olson N., Piersy J.E., Rollin D. Fluctuations in the propagation of sound near the ground // J.A.S.A. 1974. V. 55. № 2. P. 485-491.

191. Wensel A.R., Keller J.B. Propagation of acoustic waves in a turbulent medium // J.A.S.A. 1971. V. 50. №4. P. 911-920.

192. Wensel A.R. Propagation speed and attenuation coefficient for plane coherent acoustic waves in a turbulent medium // J.A.S.A. 1972. V. 51. № 4. P. 1683-1687.

193. Daigle G.A., Piersy J.E., Embleton T.F.W. Line-of-sight propagation through atmospheric turbulence near ground // J.A.S.A. 1983. V. 74. № 5. P. 1505-1513.

194. Бочкарев H.H., Красненко Н.П. Уширение частотного спектра акустическох сигналов в атмосфере // Известия ВУЗов. Физика, 1984. 29 с. Деп в ВИНИТИ, № 4000-84.

195. Brown Е.Н., Clifford S.F. Spectral broadehigh of an acoustic pulse propagation through turbulence// J.A.S.A. 1973. V. 54. № 1. P. 36-39.

196. A. c. 1135318. МКИ: G 01 W 1/00. Способ определения внешнего масштаба турбулентности в атмосфере / Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П. Опубл. в БИ. 1985. № 2.

197. Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Муравский В.П., Шелепков А.А. Экспериментальное исследование распространения звука над поверхностью земли // 7 Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Томск. 1982. Ч. 2. С. 145-148.

198. Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Муравский В.П., Шелепков А.А. Экспериментальное исследование ослабления приземной звуковой волны // Акустический журнал. 1984. Т. 30. № 2. С. 171-176.

199. Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П. Флуктуации уровня приземной звуковой волны // Материалы 8 Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск. 1986. Ч. 2. С. 304-308.

200. Машкова Г.Б. О профилях температуры воздуха и ветра в нижней части пограничного слоя атмосферы // Тр. ИПГ. Пограничный слой атмосферы. JI.: Гидрометеоиздат. 1965. Вып. 2. С. 45-55.

201. Абрамов Н.Г., Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П. Учет турбулентности атмосферы при расчете ослабления звука за счет поверхности земли // Материалы 8 Всесоюзного симпозиума по распространению лазерного излучения в атмосфере. Томск. 1986. Ч. 2. С. 309-312.

202. Миронов B.JI. Распространение лазерного пучка в турбулентной атмосфере. Новосибирск: Наука. 1981. 246 с.

203. Абрамов Н.Г. Флуктуации интенсивности звуковой волны, распространяющейся вдоль земли // Распространение звуковых и оптических волн в атмосфере. Томск: ТФ СО АН СССР. 1988. С.97-100.

204. Бочкарев Н.Н. Флуктуации амплитуды звуковой волны при распространении над земной поверхностью в атмосфере // 7-й Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана». Тезисы докладов. 2000. С. 62.

205. Бочкарев Н.Н., Краененко Н.П., Муравекий В.П. Дистанционное зондирование свойств подстилающей поверхности звуковыми волнами // 14 Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Тезисы докладов. Ленинград. 1984. Ч. 2. С. 221-223.

206. Борьба с шумом на производстве. Справочник / Под общей редакцией Юдина Е.Я. М.: Машиностроение, 1985. 399 с.

207. Техника проводного вещания и звукоусиления / Под редакцией Бумака В.Б., Ефимова А.П. М.: Радио и связь, 1985. 288 с.

208. Литтл К.Г. Акустичекие методы зондирования нижней, атмосферы // ТИИЭР. 1969. Т. 57. № 4. С. 222-230.

209. Краененко Н.П., Одинцов С.Л. Внешние шумы при акустическом зондировании атмосферы // 4 Всесоюзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы. Томск. ИОА СО АН СССР. 1976. С. 229-231.

210. Hell F.F., Wescott J.W., Simmons W.R. Acoustic echo sounding of atmosphere thermal and wind structure // Proc. Seventh. Int. Symp. on Remote Sensing of the Environment. Univ. of Michigan. 1971. V. 1. P. 1715-1732.

211. Краененко Н.П., Одинцов С.Л. Модель спектра внешних шумов для целей акустического зондирования атмосферы // Акустический журнал. 1979. Т. 25. № 5. С. 749-753.

212. Бочкарев Н.Н., Краененко Н.П. Влияние высотного распределения уровня внешнего на возможности акустического зондирования // 8 Всесоюзный симпозиум по лазерному зондированию атмосферы. Тезисы докладов. Томск. 1984. Ч. 2. С. 147-150.

213. Метеорологический акустический локатор МАЛ-2. Проспект Внешторгиздат. Изд. № 6027Н. 1984.

214. Люк Ю. Специальные математические функции и их аппроксимации. М.: Мир, 1980. 608 с.

215. Справочник по специальным функциям / Под ред. М. Абрамовица и И. Стиган. М.: Наука, 1979. 830 с.

216. Патрушев Г .Я., Ростов А.П. Анизотропия временных спектров флуктуаций амплитуды звуковой волны при распространении над земной поверхностью в турбулентной атмосфере // Акустический журнал. 1996. Т.42. № 1. С. 88-90.

217. Монастырный Е.А., Патрушев Г.Я., Покасов В.В. Экспериментальное исследование влияния флуктуаций ветра на временные характеристики световой волны // Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31. № 1. С. 14-19.

218. Бреховских Л.М. Волны в слоистых средах. М.: Наука, 1973. 343с.

219. Байкалова Р.А., Красненко Н.П., Шаманаева Л.Г. Турбулентное ослабление звуковой волны при приземном распространении // Оптика атмосферы. 1992. Т. 5. № 7. С. 782784.

220. Бочкарев H.H., Красненко Н.П. Влияние подстилающей поверхности на работу акустического локатора // 7 Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Томск. 1982. Ч. 2. С. 153-155.

221. Бочкарев Н.Н. Экспериментальное исследование статистических характеристик флуктуаций звукового давления на приземных трассах // Известия ВУЗов. Физика, 1996. 16 с. Деп. в ВИНИТИ, № 93-В96.

222. Абрамов Н.Г., Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Фомичев А.А. Дальнее распространение звуковых волн на атмосферных приземных трассах // Тезисы второго межотраслевого акустического семинара «Модели, алгоритмы, принятиерешений». Москва. 1988. С. 21.

223. Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П. Особенности статистических характеристик флуктуаций уровня звука на коротких атмосферных трассах // Тезисы второго межотраслевого акустического семинара «Модели, алгоритмы, принятие решений». Москва. 1988. С. 22.

224. Бочкарев Н.Н., Клочков В.А., Красненко Н.П., Фомичев А.А. Мощная акустическая решетка для атмосферных исследований // Распространение звуковых и оптических волн в атмосфере: Сборник статей. Томск: Изд-во ТФ СО АН СССР. 1988. С. 101104.

225. Бочкарев Н.Н. Распространение мощного звукового пучка на короткой трассе в атмосфере: численное решение, эксперимент// Акустический журнал. 1996. Т. 42. № 5. С. 706-707.

226. Бочкарев Н.Н., Коняев П.А. Численное решение нелинейного уравнения звукового пучка в атмосфере // Оптика атмосферы. 1990. Т. 3. № 6. С. 668-670.

227. Бочкарев Н.Н. Оптимизация мощных рупорных излучателей звука // Оптика атмосферы и океана. 1996. Т. 9. № 8. С. 1137-1140.

228. Bochkarev N.N., Zemlyanov A.A., Zuev V.E., Konyaev P.A., Lukin V.P. Investigation ofthe power acoustic beam propagation through the atmosphere // 14 International Congress on Acoustics. Beijing. China. 1993.

229. Способ вибрационных испытаний пролетных строений мостовых конструкций: Пат. 2140626. Россия. МКИ: 6 G 01 М 7/02. Бочкарев Н.Н., Картопольцев А.В. Опубл. 27.10.99. Бюл. № 30.

230. А. с. 1105847 СССР, МКИ: G 01 W 1/00. Способ акустического зондирования атмосферы / Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П. Опубл. в БИ. 1984. № 28.

231. Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П., Нетреба П.И., Тоболкин А.С. Плазменный излучатель звука в задачах атмосферной акустики // Распространение звуковых и оптических волн в атмосфере. Сборник статей. Томск: Изд-во ТФ СО АН СССР. 1988. С. 93-96.

232. Бочкарев Н.Н. Высотное распределение акустического шума в атмосфере // Известия ВУЗов. Физика. 1995. 13 с. Деп. в ВИНИТИ, № 397-В95.

233. Отчет по НИР в рамках Федеральной целевой программы «Экологическая безопасность России». «Разработка алгоритма прогноза распространения авиационного шума в атмосфере». Научн. рук. Бочкарев Н. Н. Томск. 1994. 38 с.

234. Отчет по НИР «Оптимизация параметров мощного акустического излучателя». Научн. рук. Бочкарев Н.Н. ТГЦ НТТМ «Поиск». Томск. 1988. 56 с.

235. А. с. 1083143 СССР, МКИ: G 01 W 1/00. Способ определения температуры атмосферы / Богушевич А.Я., Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П. Опубл. в БИ. 1984. № 12.

236. А. с. 1494744 СССР, МКИ: G 01 W 1/00. Способ приема акустических сигналов в атмосфере / Бочкарев Н.Н., Красненко Н.П. Опубл. в БИ. 1989.

237. Корреляционные методы лазерно-локационных измерений скорости ветра // Матвиенко Г.Г., Задде Т.О., Фердинандов Э.С. и др. Новосибирск: Наука, 1985. 223с.

238. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. М.: Наука,1975. 287 с.

239. Гурбатов С.Н., Малахов А.Н., Саичев А.И. Нелинейные случайные волны в средах без дисперсии. М.: Наука, 1990. 215 с.

240. Parry H.D., Sanders M.J., Jensen Н.Р. Operational applications of a pure acoustic Sounding System // J. Appl. Meteor. 1975. V. 14. № 1. P. 67 77.

241. Каллистратова M.A., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. М.: Наука, 1985. 197с.

242. Лепендин Л.Ф. Акустика. М.: Высшая школа, 1978. 447 с.

243. Коняев П.А., Лукин В.П. Тепловые искажения фокусированных лазерных пучков в атмосфере // Изв. ВУЗов СССР. Физика. 1983. № 2. С. 79.

244. Скучик Е. Основы акустики. М: Мир, 1976. Т. 1 520 с. Т. 2 - 542 с.

245. Rairoux P., Schilinger M., Niedermeier S., Rodriges M., Ronneberger F., Sauerbrey R., Stein В., Waite D., Wedeking C., Wille H., Woste L., Ziener C. Remote sensing of atmosphere using ultrashot laser pulses // Appl. Phus. B. 2000. V. 71. P. 573-580.

246. Список основных сокращений и обозначений1. Сокращения1. АВ акустические волны.

247. АКФ автокорреляционная функция.

248. АПС атмосферный пограничный слой.

249. АЦП аналого-цифровой преобразователь.

250. БПФ быстрое преобразование Фурье.1. ВЧ высокочастотный.

251. ДЛИ длинная лазерная искра.

252. КОР коллективный оптический разряд.

253. МЛИ мощное лазерное излучение.

254. МЛП мощный лазерный пучок.1. НЧ низкочастотный.1. OA оптико-акустический.1. ПВО паровоздушный ореол.

255. ПЭС программно-экспертная система.1. ОП очаг пробоя.1. Обозначения

256. Ф потенциал акустического поля. Q - пористость грунта.угол отражения, отсчитываемый от отражающей поверхности. % - угол полного внутреннего отражения. а - коэффициент поглощения акустических волн. а00 - коэффициент поглощения лазерного излучения.

257. Р объемный коэффициент теплового расширения.

258. CFj дисперсия температуры.а2 дисперсия скорости ветра. X - длительность акустического импульса. Твз - время взрыва аэрозольной частицы.

259. Х3 временная задержка между моментом посылки лазерного импульса и приемом OAсигнала.

260. Тл длительность лазерного импульса.

261. Тф длительность переднего фронта фазы сжатия в акустическом импульсе.

262. Tt время термализации (переход поглощенной энергии лазерного излучения в тепло).

263. Т+ длительность фазы сжатия в акустическом импульсе.т длительность фазы разрежения в акустическом импульсе.

264. СО р — численное расстояние.

265. C0j(v) спектральная плотность флуктуации уровня звука. а - радиус частицы аэрозоля. ал -радиус лазерного пучка.

266. Ь (г) коэффициент корреляции флуктуации уровня звука.

267. Сдг структурная характеристика флуктуаций показателя преломления звуковых волн.

268. Сj структурная характеристика флуктуации температуры.

269. С2 структурная характеристика флуктуаций скорости ветра.

270. Cq скорость звука в воздухе.

271. Ср скорость звука в грунте.сор- скорость света.ср удельная теплоемкость.

272. В безразмерный параметр дифракции АВ. D - диаметр излучателя. d - длина трассы распространения звука, м.don диаметр ОП.

273. Еч плотность энергии лазерного импульса. Елп - полная энергия лазерного импульса. F - коэффициент поверхностных потерь. f - частота звуковой волны, Гц. со = 2я/~.

274. Zq внешний масштаб турбулентности.1. ослабление на гидрометеорах, дБ.1.on дополнительное ослабление, дБ.-ослабление за счет подстилающей поверхности, дБ. L- классическое и молекулярное поглощение, дБ. Lp ослабление растительным покровом, дБ.

275. Ьрв рефракционное ослабление за счет влияния скорости ветра, дБ.1.m- рефракционное ослабление за счет влияния температуры, дБ.

276. Ьсф сферическая расходимость, дБ.1. турбулентное ослабление, дБ.0 внутренний масштаб турбулентности атмосферы.

277. М безразмерный параметр диссипации АВ.1. Мп число Маха.

278. П/ массовая концентрация аэрозольных частиц, г/см3. N — безразмерный параметр нелинейности АВ.

279. Nm концентрация аэрозольных частиц, больших некоторого размера.

280. Nn полная концентрация аэрозольных частиц, см"3. п - показатель преломления среды. Р - акустическое давление, Па. Ра -атмосферное давление, атм. Pq = 1 атм.

281. Р+ -амплитуда фазы сжатия в акустическом импульсе.

282. Р -амплитуда фазы разрежения в акустическом импульсе.qa водность аэрозоля.1. Ri число Ричардсона.

283. Rp коэффициент отражения по звуковому давлению. г - расстояние от оси лазерного пучка до О А-приемника. г0 - радиус излучателя звука.rj расстояние от источника до приемника звука.г2 расстояние от мнимого источника до приемника звука.

284. Т температура в °К. Т0 = 273,15 °С.

285. W электрическая мощность. WaK- акустическая энергия.

286. W4 мощность лазерного импульса.

287. Хвз степень испарения аэрозольных частиц.

288. Z| акустический импеданс воздуха.z2 акустический импеданс грунта.