Закономерности формирования сигналов обратного рассеяния при лидарном зондировании приповерхностных слоев морской воды и дна тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Глухов Владимир Алексеевич

• Глухов Владимир Алексеевич
• кандидат наук
• 2024

Оглавление диссертации кандидат наук Глухов Владимир Алексеевич

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. МОРСКИЕ РАДИОМЕТРИЧЕСКИЕ ЛИДАРЫ И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ ДЛЯ РЕШЕНИЯ ОКЕАНОЛОГИЧЕСКИХ ЗАДАЧ

1.1. Метод лидарного зондирования толщи морской воды

1.2. Принципы построения радиометрических лидаров

1.3. Особенности регистрации гидрооптических характеристик приповерхностного слоя морской воды с использованием лидаров

1.4. Особенности регистрации внутренних волн с использованием лидаров

1.5. Лидарная батиметрическая съемка морских акваторий

Выводы по главе

ГЛАВА 2. ИССЛЕДОВАНИЕ СВЯЗЕЙ ПАРАМЕТРОВ ЛИДАРНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ И ГИДРООПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

ПРИПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ

2.1. Аппаратура, методика измерений и условия проведения натурных исследований

2.1.1. Судовой поляризационный лидар ПЛД-1

2.1.2. Методика настройки и подготовки лидара ПЛД-1 к проведению измерений

2.1.3. Сопутствующие гидрооптические и гидрологические измерения

2.1.4. Место и время проведения натурных исследований

2.2. Методика обработки данных лидарной съемки

2.3. Регрессионные соотношения между гидрооптическими характеристиками и параметрами лидарных эхо-сигналов

2.4. Дистанционная лидарная съемка гидрооптических характеристик

приповерхностного слоя вод западной части Карского моря

Выводы по главе

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ФОРМИРОВАНИЯ ЛИДАРНЫХ ЭХО-СИГНАЛОВ ПОД ВЛИЯНИЕМ ВНУТРЕННИХ ВОЛН В ВОДАХ С ДВУХСЛОЙНОЙ СТРАТИФИКАЦИЕЙ ГИДРООПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ... 69 3.1. Аппаратура, методика измерений и условия проведения натурных исследований

3.2. Выявление особенностей формы спада лидарного эхо-сигнала при двухслойной стратификации гидрооптических характеристик

3.2.1. Аналитический расчет лидарных эхо-сигналов

3.2.2. Применение аппроксимирующих функций

3.2.3. Применение вейвлет-анализа

3.3. Разработка метода лидарной регистрации внутренних волн в водах

с двухслойной стратификацией гидрооптических характеристик и результаты

его применения

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ОБОСНОВАНИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОСЛАБЛЕНИЯ ОТРАЖЕННЫХ ОТ ДНА ЭХО-СИГНАЛОВ ОТ ПРОТЯЖЕННОСТИ ТРАССЫ ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИ БАТИМЕТРИЧЕСКОЙ СЪЕМКЕ С БОЛЬШОЙ ВЫСОТЫ

4.1. Аппаратура, методика измерений и условия проведения натурных исследований

4.1.1. Авиационный поляризационный лидар АПЛ-3

4.1.2. Место и время проведения натурных исследований

4.2. Методика обработки данных лидарной батиметрической съемки

4.3. Зависимость ослабления отраженных от дна эхо-сигналов от протяженности атмосферного участка трассы зондирования

4.4. Оценка требуемых характеристик батиметрического лидара

при зондировании с большой высоты

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК УСЛОВНЫХ ОБОЗРАЧЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Закономерности формирования сигналов обратного рассеяния при лидарном зондировании приповерхностных слоев морской воды и дна»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. В настоящее время интенсивно развиваются пассивные и активные методы дистанционного зондирования океана. Одним из активных дистанционных методов является метод лидарного зондирования. Морские радиометрические (профилирующие) лидары судового и авиационного базирования, разработка которых ведется начиная с 70-ых годов прошлого века [Kattawar , Plass, 1972; Браво-Животовский и др., 1974; Fredriksson et al., 1978; Hoge et al., 1980; Squire, Krumboltz, 1981; Gordon, 1982], обеспечивают возможность решения ряда океанологических задач. В работах отечественных и зарубежных исследователей показаны возможности применения морских лидаров с борта судна и авианосителя для регистрации гидрооптических характеристик приповерхностного слоя [Gordon, 1982; Goldin et al., 2007; Коханенко и др., 2011; Chen, Delu , 2019; Collister, 2020; Xu et al. 2020], а также структуры их вертикального распределения [Hoge et al., 1980; Vasilkov et al., 2001; Churnside, Donaghay, 2009]. Лидарное зондирование позволяет зарегистрировать динамические процессы, происходящие в приповерхностном слое морской воды и связанные, например, с прохождением внутренних волн [Bukin et al., 1998; Churnside, Ostrovsky, 2005; Churnside et al., 2012; Долин и др., 2012]. Важным разделом применения радиометрических лидаров является лазерная батиметрия. Морские лидары, применяемые для решения этой задачи, сертифицированы как средство измерения и выпускаются малыми сериями. Теоретические и экспериментальные океанологические исследования с использованием радиометрических лидаров активно проводятся в настоящее время. Непрерывно совершенствуется техника лидарного зондирования.

В изучении вопросов лидарного зондирования и его приложений остается ряд нерешенных проблем. Среди них отметим разработку алгоритмов извлечения из параметров лидарных эхо-сигналов информации о гидрооптических характеристиках приповерхностного слоя в широком диапазоне их изменчивости и для разной геометрии зондирования. Для проведения измерений с конкретным типом лидара необходимо установить соотношения, связывающие гидрооптические характеристики приповерхностного слоя и параметры лидарного эхо-сигнала, справедливые в широких пределах. Проведение исследований, направленных на получение таких соотношений, является актуальной задачей.

Возможность применения морских лидаров для регистрации параметров внутренних волн обоснована теоретически [Долин, 2012; Родионов, 2012]. При этом практически не развиты экспериментальные методы их лидарной регистрации в водах с различными типами стратификации гидрооптических и гидрологических характеристик. В частности, для широко распространенной в морях России двухслойной стратификации гидрооптических характеристик

с верхним более мутным слоем отсутствуют методы, позволяющие получить положение по глубине границы между слоями и определить её изменчивость с течением времени под действием внутренних волн. В связи с этим, выявление закономерностей ослабления лидарных эхо-сигналов с глубиной под влиянием внутренних волн в указанных условиях является актуальным.

В научной литературе отсутствует информация об экспериментально подтвержденных количественных оценках предельной глубины зондирования дна в зависимости от протяженности атмосферного участка трассы зондирования при батиметрической съемке с большой высоты. Потребность в таких исследованиях возникает в связи с практической необходимостью проведения авиационной лидарной батиметрической съемки прибрежных акваторий, окруженных горами, в частности, бухт полуострова Камчатка, где безопасная высота полета может составлять 2000-2500 м. Это определяет актуальность исследования зависимости ослабления отраженного от морского дна эхо-сигнала от протяженности атмосферной трассы зондирования.

Таким образом, исследование закономерностей формирования сигналов обратного рассеяния при лидарном зондировании приповерхностного слоя морской воды, характеризующегося различными типами пространственно-временной изменчивости, и при выполнении лидарной батиметрической съемки с большой высоты является актуальной научной задачей.

Степень разработанности темы исследования. Натурные исследования с использованием морских радиометрических лидаров ведутся в течении более чем пятидесяти лет. По-видимому, впервые лидарная система была использована для измерения гидрооптических характеристик морской воды во время 5 рейса НИС «Дмитрий Менделеев» в 1970-м г. [Браво-Животовский и др., 1974]. Одни из первых натурных измерений положения морского дна были выполнены в 1977 г. с использованием лидара NASA [Hoge et al., 1980]. С конца 1980-х гг. проводились систематические исследования возможности применения радиометрических лидаров для регистрации профиля морского дна, подповерхностных светорассеивающих слоев, пространственных распределений гидрооптических характеристик, а также косяков пелагических рыб. Исследования с поляризационными лидарами начались в середине 90-ых годов прошлого века - были разработаны лидары «Макрель 1» (ИОА СО РАН) [Penner, Shamanaev, 1993], АПЛ (ИО РАН) [Vasilkov et al., 2001] и FLOE (NOAA) [Churnside et al., 2001]. В последующие годы различными научными группами был разработан ряд авиационных и судовых лидаров, предназначенных для океанологических исследований [Goldin et al., 2007; Степанов и др., 2008; Shamanaev, 2015; Chen, Delu, 2019; Liu et al., 2019; Li et al., 2020; Collister et al., 2020; Churnside et al., 2021].

Возможность дистанционной регистрации гидрооптических характеристик приповерхностного слоя морской воды с использованием радиометрических лидаров показана аналитически путем решения уравнения переноса [Dolina et al., 2007], с использованием результатов расчетов методом Монте-Карло [Gordon, 1982], и экспериментально [Браво-Животовский и др., 1974; Goldin et al., 2007; Коханенко и др., 2011; Collister et al., 2020, Xu et al. 2020]. Важным достоинством лидарной съемки является возможность проведения непрерывных измерений вдоль маршрута движущегося судна или авианосителя. При соответствующей организации лидарной съемки данные измерения позволяют получать площадные распределения гидрооптических характеристик приповерхностной толщи морской воды [Goldin et al., 2007]. В последние годы было создано несколько специализированных лидаров, предназначенных для регистрации гидрооптических характеристик приповерхностного слоя морской воды [Collister et al., 2020; Xu et al. 2020]. Натурные исследования с такими лидарами проведены в ограниченном диапазоне изменения величин гидрооптических характеристик и с использованием конкретной геометрии лидарного зондирования [Коханенко и др., 2011; Collister et al., 2020; Xu et al. 2020]. Результаты этих исследований не позволяют оценить возможности лидаров для регистрации гидрооптических характеристик в широком диапазоне их изменчивости и для различных геометрий зондирования.

Радиометрические лидары дают возможность зарегистрировать вертикальный профиль гидрооптических характеристик [Goldin et al., 2007]. Во многих случаях параметры стратификации гидрооптических характеристик хорошо коррелируют с параметрами стратификации гидрофизических характеристик. В частности, слой повышенного градиента изменения показателя ослабления или слой повышенного светорассеяния бывают приурочены к положению пикноклина [Левин, 2007; Родионов и др., 2012]. В этом случае данные лидарного зондирования позволяют оценить глубину залегания пикноклина, а при соответствующей организации процесса лидарной съёмки - регистрировать внутренние волны и определять их характеристики.

Расчет лидарных изображений внутренних волн в работах [Долин и др., 2012; Долина, Долин, 2017] показал принципиальную возможность их регистрации с использованием морских лидаров при различных типах стратификации гидрооптических характеристик. Первые экспериментальные исследования возможности регистрации внутренних волн с помощью лазерного зондирования были выполнены с борта судна в конце 70-ых годов прошлого века [Walker et al., 1982]. Регистрация интегральных характеристик эхо-сигналов при проведении зондирования с высокой частотой в течении длительного интервала времени позволила зарегистрировать периодические структуры, обусловленные внутренними волнами [Bukin et al., 1998]. С использованием авиационного лидара современной конструкции в условиях наличия

подповерхностного слоя повышенного светорассеяния внутренние волны были зафиксированы в заливе Аляска [Churnside, Ostrovsky, 2005] и вблизи тихоокеанского побережья штата Вашингтон [Churnsude et al., 2012].

Для двухслойной стратификации гидрооптических характеристик с верхним более мутным слоем возможность лидарной регистрации внутренних волн экспериментально не исследовалась. Для таких условий отсутствуют методы, позволяющие из параметров лидарных эхо-сигналов извлечь информацию о характеристиках квазипериодических процессов, обусловленных внутренними волнами. Вместе с тем, данные контактных наблюдений свидетельствуют о том, что такая стратификация наиболее распространена в прибрежных акваториях морей России в местах активной генерации внутренних волн [Химченко, Серебряный, 2018; Зимин, Свергун, 2018; Свергун, Зимин, 2020].

Интенсивно развивается техника и методика проведения лидарной батиметрической съемки. Известен ряд зарубежных лидарных батиметрических систем, например, более ранние -SHOALS [Guenther et al., 2000; Irish et al., 2000], современные - RIEGL VQ-880-G [Riegl ..., 2016], CZMIL SuperNova [Mandlburger, 2022], Leica HawkEye 4X [Mandlburger, 2022]. Развитие получили комбинированные топо-батиметрические системы, устанавливаемые, в частности, на беспилотные летательные аппараты [Slocum et al., 2019]. Такие системы обеспечивают возможность одновременного проведения батиметрической и топографической съемок и позволяют зарегистрировать точное положение береговой линии. Наличие стандартизированной техники и методик обработки данных позволяют проводить исследования по расширению возможностей лазерной батиметрии с использованием серийных приборов, например, по идентификации типа морского дна (песчаное, каменистое) по данным лидарной съемки [Collin et al., 2008; Tulldahl, Wikström, 2012]. В батиметрических лидарах глубина зондирования и пространственное разрешение по вертикали и горизонтали зависят как от характеристик самого лидара, так и гидрооптических характеристик исследуемых акваторий. В прибрежных районах Атлантического и Тихого океанов вблизи побережья США батиметрические лидары показали высокую эффективность, что связано, в том числе, с относительно высокой прозрачностью зондируемых вод.

В батиметрических лидарах высота полета фиксирована, так как она определяет часть метрологических характеристик. Обычно это высоты 200-400 м. Но для прибрежных морских акваторий со сложным рельефом, например, фьордов и бухт, окруженных горами, для обеспечения безопасности полетов требуется существенное увеличение высоты. Использование существующих батиметрических лидарных систем с больших высот не гарантирует достижения заявленных производителем глубин зондирования. В связи с этим важно выполнить исследования влияния протяженности атмосферного участка трассы зондирования на

возможность проведения батиметрической съемки с большой высоты и разработать технические требования для таких лидаров.

Цель работы: На основе теоретического анализа, проведения натурных экспериментов и математической обработки экспериментальных данных исследовать закономерности формирования сигналов обратного рассеяния при лидарном зондировании приповерхностных слоев морской воды, характеризующихся различными типами пространственно-временной изменчивости, и при выполнении лидарной батиметрической съемки.

Задачи, решаемые для достижения поставленной цели:

1. Исследовать связь параметров лидарных эхо-сигналов, регистрируемых в заданной геометрии зондирования, и гидрооптических характеристик приповерхностного слоя морской воды и установить статистические соотношения, позволяющие проводить дистанционную оценку гидрооптических характеристик по данным лидарного зондирования.

2. Выявить закономерности ослабления лидарного эхо-сигнала с глубиной, вызванные влиянием реальных параметров двухслойной стратификации гидрооптических характеристик приповерхностного слоя, и оценить по данным лидарного зондирования характеристики пространственно-временных изменений этой стратификации, обусловленных внутренними волнами.

3. Выполнить натурные исследования зависимости ослабления отраженного от морского дна эхо-сигнала от протяженности атмосферной трассы зондирования и с использованием полученных данных оценить энергетические характеристики авиационного лидара, требуемые для локации дна до высоты 2500 м.

Методология и методы исследования. В основе исследования лежит теоретическая модель и физико-математические методы расчета характеристик лидарных эхо-сигналов. Экспериментальные работы проводились по разработанным соискателем программам и методикам и включают регистрацию и анализ амплитуды и формы спада лидарного эхо-сигнала, зарегистрированного с использованием морских лидаров судового и авиационного базирования. Массив данных лидарного зондирования обрабатывался с использованием разработанного математического метода аппроксимаций, являющегося продолжением метода базового сигнала [Goldin et al., 2007; Churnside, Donaghay, 2009], а также с использованием спектральных методов, в частности, вейвлет-анализа. Лидарная съемка сопровождалась сопутствующими измерениями гидрооптических и гидрологических характеристик приповерхностного слоя, зарегистрированных контактными сертифицированными погружными приборами. Сопоставление полученных данных позволило получить регрессионные соотношения, связывающие гидрооптические характеристики с параметрами лидарных эхо-сигналов. Для анализа данных батиметрической лидарой съемки использовался общепринятый метод

определения положения дна по времени прихода отраженного от дна эхо-сигнала [РЫ1ро^ 2019]. Натурные исследования проводились в прибрежных районах Черного и Карского морей, а также в Авачинском заливе полуострова Камчатка.

Научная новизна исследования.

Научная новизна полученных в диссертации результатов может быть сформулирована в виде следующих положений:

1. Впервые установлено, что показатель ослабления лидарного эхо-сигнала а, зарегистрированный с использованием морского лидара с относительно узким углом поля зрения приемной оптической системы в геометрии судового зондирования, линейно связан с рядом гидрооптических характеристик - показателем ослабления света с и показателем диффузного ослабления света Ка. Линейная регрессия охватывает широкий диапазон изменчивости с от 0,2 м-1 до 1,1 м-1 при изменении значений вероятности выживания фотона Ю0 в диапазоне от 0,4 до 0,8.

2. Впервые на базе экспериментальных данных показано, что в случае двухслойной стратификации гидрооптических характеристик аппроксимационный и спектральный анализ формы спада кросс-поляризованной компоненты лидарного эхо-сигнала позволяют зарегистрировать квазипериодические процессы в области пикноклина, обусловленные внутренними волнами, и оценить их характеристики - период и амплитуду.

3. При проведении батиметрической съемки впервые получена экспериментальная зависимость амплитуды эхо-сигнала, отраженного от дна, от протяженности атмосферного участка трассы зондирования, которая позволила выполнить оценки требуемых энергетических параметров авиационного лидара для проведения батиметрической съемки с безопасной высоты полета до 2500 м.

Теоретическая значимость исследования

1. Полученные в результате лидарной съемки данные о параметрах лидарных эхо-сигналов и их связи с данными одновременных сопутствующих измерений гидрооптических и гидрологических характеристик позволяют уточнить и верифицировать аналитические и численные модели расчета сигналов обратного рассеяния.

2. Выявленные особенности формы спада лидарного эхо-сигнала подтверждают теоретические представления об их формировании и позволяют уточнить процедуру расчета лидарных изображений внутренних волн для реально наблюдаемых двухслойных стратификаций гидрооптических характеристик.

3. Вид зависимостей амплитуды лидарного эхо-сигнала от морского дна от протяженности атмосферного участка трассы зондирования, полученных экспериментально, уточняет результаты аналитических расчетов для конкретных акваторий.

Практическая значимость исследования

1. Использование полученных регрессионных соотношений, связывающих показатель ослабления лидарного эхо-сигнала а с показателями ослабления света морской водой с и диффузного ослабления света Кё, при судовой лидарной съемке обеспечивает возможность дистанционной регистрации гидрооптических характеристик приповерхностного слоя, меняющихся в широких пределах. При этом контроль однородности исследуемого слоя осуществляется дистанционно путем анализа формы спада лидарного эхо-сигнала.

2. Разработанный на основе проведенных исследований метод лидарной регистрации внутренних волн позволяет применять его не только при измерениях на станциях, но и на ходу судна. Этот метод может быть применен к данным авиационного лидарного зондирования, что позволит в случае соответствующей организации процесса лидарной съемки зарегистрировать объемную картину пространственного распределения гидрооптических характеристик приповерхностного слоя, не искаженную временной изменчивостью, и оценить физические характеристики квазипериодических процессов, протекающих в этом слое.

3. Полученные оценки технических характеристик морского батиметрического лидара в зависимости от высоты зондирования и глубины морского дна позволяют повысить эффективность применения морских лидаров в прибрежных морских акваториях, окруженных высокими горами, и являются реализуемыми с учетом современного уровня техники при разработке батиметрических лидаров нового поколения.

Положения, выносимые на защиту:

1. Показатель ослабления лидарного эхо-сигнала а, формирующегося при рассеянии назад в относительно узком угле в однородном по вертикали приповерхностном слое, линейно связан с гидрооптическими характеристиками - показателем ослабления света с и показателем диффузного ослабления света Кё. Линейная регрессия охватывает широкий диапазон изменчивости с от 0,2 м-1 до 1,1 м-1 при изменении значений вероятности выживания фотона Ю0 в диапазоне от 0,4 до 0,8.

2. Двухслойная стратификация гидрооптических характеристик обуславливает различные особенности формы спада лидарного эхо-сигнала в области границы между слоями. Влияние этой границы более контрастно проявляется в форме спада кросс-поляризованной компоненты. Использование набора функций аппроксимации, функциональный вид которых следует из лидарного уравнения, для разных участков спада эхо-сигнала позволяет определить положение границы между слоями. Совместное применение аппроксимационного и спектрального анализа формы эхо-сигнала дает возможность выявить квазипериодические процессы в области пикноклина, обусловленные внутренними волнами, а также оценить их характеристики - период и амплитуду.

3. При увеличении атмосферного участка трассы зондирования Н при батиметрической съемке затухание эхо-сигнала, обусловленное геометрическим фактором, соответствует зависимости Н-т. В случае френелевского отражения от поверхности воды т = 2, что соответствует значению, принятому в лидарном уравнении. Значение т зависит от гидрооптических характеристик и глубины дна. С увеличением глубины дна показатель степени т уменьшается. В Бечевинской бухте при глубине дна гь = 10 м зафиксировано значение т = 1,3, а при гь = 15 м - 1,1.

Степень достоверности научных результатов определяется теоретической основой методов лидарного зондирования, проведением экспериментальных работ по апробированным методикам, соответствием измеряемых характеристик данным, полученным с использованием современных сертифицированных приборов для контактных измерений, широко использующихся на практике, а также достаточным объемом полученных экспериментальных данных, позволивших провести их надежную статистическую обработку.

Личный вклад автора заключался в участии в постановке задач исследования и их реализации, в постановке и проведении экспериментов. Автором лично проводилась обработка и анализ натурных данных лидарного зондирования и сопутствующих измерений, комплексный анализ разнородных данных, а также исследование процессов, формирующих изменчивость лидарных эхо-сигналов при регистрации гидрооптических характеристик приповерхностного слоя, внутренних волн и морского дна.

Апробация диссертационной работы. Основные результаты диссертации были представлены на заседании Ученого совета СПбФ ИО РАН 16.01.2024 г., на заседании Ученого совета Физического направления ИО РАН 19.01.2024 г. и докладывались на конференциях:

- Всероссийская молодежная научная конференция «Комплексные исследования морей России: оперативная океанография и экспедиционные исследования (КИМР-2016)», МГИ РАН (г. Севастополь, 2016 г.);

- Всероссийская молодежная научная конференция «Комплексные исследования мирового океана (КИМО)», ИО РАН (г. Москва, 2017 г.), СПбГУ (г. Санкт-Петербург, 2018 г., 2023 г.), АО ИО РАН (г. Калининград, 2020 г.);

- Всероссийская конференция с международным участием «Современные проблемы оптики естественных вод», СПбФ ИО РАН (Санкт-Петербург, 2017 г., 2019 г., 2021 г., 2023 г.);

- Всероссийская конференция «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики», (г. Санкт-Петербург, 2016 г., 2022 г.);

- XXVIII Международный симпозиум «Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы», ИОА СО РАН (г. Томск, 2022 г.).

Публикации по теме диссертации. Материалы диссертации полностью изложены в работах, опубликованных соискателем. По теме диссертации опубликовано 19 работ, в том числе 7 статей в изданиях из списка, рекомендованного ВАК, и 12 работ в трудах международных и российских научных конференций.

Статьи, опубликованные в изданиях из перечня ВАК:

1. Глухов, В.А. Экспериментальная оценка возможностей лидара ПЛД-1 по регистрации гидрооптических неоднородностей в толще морской среды / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2017. - Т. 10. - № 2. - С. 41-48.

2. Глухов, В.А. Авиационная лидарная батиметрическая съемка прибрежных акваторий с большой высоты / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов, Б.А. Гуреев, О.В. Глитко // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2019. - Т. 12. - № 4. - С. 85-93.

3. Глухов, В.А. Лидарный метод регистрации внутренних волн в водах с двухслойной стратификацией гидрооптических характеристик / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2021. - Т. 14. - № 3. - С. 86-97.

4. Глухов, В.А. Комплексная обработка данных лидарной съемки морских акваторий / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, Г.В. Жегулин, М.А. Родионов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2022. - Т. 15. - № 3. - С. 27-42.

5. Глухов, В.А. Лидарные исследования в первом этапе 89-ого рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, О.В. Глитко, Е.А. Аглова, Д.И. Глуховец, М.А. Родионов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2023. - Т. 16. - № 4. - C. 107-115.

6. Glukhov, V. A. Investigation of the relationship between the parameters of lidar echo signals and hydrooptical characteristics in the western part of the Kara Sea / V. A. Glukhov, Yu. A. Goldin, O. V. Glitko, D. I. Glukhovets, E. A. Aglova, M. A. Rodionov // Oceanology. - 2023. - Vol. 63(1). - P. S119-S130.

7. Глухов, В.А. Морские радиометрические лидары и их использование для решения океанологических задач / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2024. - Т. 17. - № 1. - C. 104-128.

Опубликованные материалы докладов:

8. Глухов, В.А. Методика подготовки поляризационного лидара к натурным измерениям / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, Б.А. Гуреев, М.А. Родионов // Материалы молодежной научной конференции «Комплексные исследования морей России: оперативная океанография и экспедиционные исследования» 24-29 апреля 2016 г. - Севастополь: МГИ РАН, 2016. - С. 547551.

9. Гольдин, Ю.А. Морской поляризационный лидар ПЛД-1 / Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов, Б.А. Гуреев, В.А. Глухов // Труды XIII Всероссийской конференции «Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики» 24-26 мая 2016 г. - Санкт-Петербург, 2016. - С. 215-217.

10. Глухов, В.А., Лидарное зондирование подводных объектов / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, Б.А. Гуреев, М.А. Родионов // Материалы II Всероссийской конференции молодых ученых «Комплексные исследование морей и океанов» 10-15 апреля 2017 г. - Москва, 2017. - С. 56-59.

11. Глухов, В.А. Локация погруженных объектов в водах низкой прозрачности с использованием лидара ПЛД-1 / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, Б.А. Гуреев, М.А. Родионов / Труды IX Всероссийской конференции с международным участием «Современные проблемы оптики естественных вод (ONW'2017)» 20-22 сентября 2017 г. - Санкт-Петербург, 2017. - С. 127-131.

12. Глухов, В.А. Регистрация внутренних волн и неоднородностей распределения гидрооптических характеристик в черном море судовым лидаром ПЛД-1 / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов // Материалы IV Всероссийской научной конференции молодых ученых «Комплексные исследования Мирового океана» 22-26 апреля 2019 г. [Электронный ресурс] -Севастополь: ФГБУН МГИ РАН, 2019. - С. 355-356. - Режим доступа: Ы:ф://тЫ-ras.ru/news/news_201904151055.html, свободный.

13. Глухов, В.А. Авиационная батиметрическая съёмка акватории Бечевинской бухты с большой высоты / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов, Б.А. Гуреев, О.В. Глитко // Труды X Юбилейной всероссийской конференции "Современные проблемы оптики естественных вод" 9-11 октября 2019 г. - Санкт-Петербург, 2019. - С. 19-24.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Глухов Владимир Алексеевич, 2024 год

// / " /

/ / ",

/ " '^

53,14

159,64 159,66 159,68 159,7 159,72 159,74 159,76 159,78 159,8 159.82 159.84 159.86

Долгота, °

Рисунок 4.2 - Схема полетов над акваторией Бечевинской бухты. Пунктиром показаны участки, на которых производилось лидарное зондирование. Стрелкой показано

направления полета на галсах

4.2. Методика обработки данных лидарной батиметрической съемки

Обработка данных производилась с использованием стандартного для батиметрической съемки метода [Wang, Philpot, 2007]. Пример определения глубины дна zb показан на рисунке 4.3. За точку отсчета принимается момент начала эхо-сигнала, сформированного приповерхностными слоями воды. Начало пичка от дна принимается за его положение. Затем рассчитывается временной интервал Atb между моментами приема импульсов от приповерхностных слоев воды ts и от дна tb:

К = tb - ts. (4.1)

Глубина дна zb определяется по формуле:

Zb = ^ . (4.2)

В случае, когда сигнал от дна сформирован на спаде лидарного эхо-сигнала, амплитуда сигнала от дна Pb определяется как разница амплитуд максимума и функции аппроксимации эхо-сигнала, описывающей его спад от толщи воды. Пример такого эхо-сигнала, полученного с высоты 900 м при глубине дна 12,7 м показан на рисунке 4.3, а. В случае, когда сигнал от дна

формируется на участке, где уровень эхо-сигнала от толщи воды ниже уровня шумов, его амплитуда Рь отсчитывается от уровня шумов приемо-регистрирующей системы. Пример такого эхо-сигнала, полученного с высоты 500 м при глубине дна 21,5 м, показан на рисунке 4.3, б.

а)

б)

Рисунок 4.3 - Примеры лидарных эхо-сигналов, демонстрирующие метод определения глубины дна 2ь и амплитуды сигнала от дна Рь, полученных с высоты 900 м при глубине дна

12,7 м (а) и 500 м при глубине дна 21,5 м (б)

4.3. Зависимость ослабления отраженных от дна эхо-сигналов от протяженности атмосферного участка трассы зондирования

Распределение значений Рь(гь), полученные при выполнении лидарной съемки с разных высот, показаны на рисунке 4.4, а-г. Каждое распределение построено по данным около 1200 зондирований. Галсы лидарной съемки смещены друг относительно друга в пространстве, поэтому при дальнейшем рассмотрении были использованы точки, наиболее близкие между собой в пространстве. При высоте полета 1200 м максимальная зарегистрированная глубина составила 17,5 м, а при высоте полета 500 м - 22,5 м. Минимальная глубина зондирования для высот 500 м, 700 м и 900 м составила около 7,5 м. Для высоты 1200 м минимальная зарегистрированная глубина составила около 2 м. Это связано с тем, что с этой высоты удалось выполнить съемку на мелководном среднем участке бухты.

Примеры эхо-сигналов, полученные с высот 500 м и 1200 м для одной и той же зарегистрированной глубины 17,5 м в близких по положению точках, показаны на рисунке 4.5. Рисунок наглядно демонстрирует различия формы спада лидарных эхо-сигналов. Эти различия обусловлены геометрическим фактором.

а)

в)

35 -I

25-

> 20 Е

^15-1

б)

50-

> 40

Е

■ с

-|—«—I—•—I—'—I—1—I—1—I—'—I—'—I—

8 10 12 14 16 18 20 22

Г)

■К

: л1« -

6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 г* т

Рисунок 4.4 - Распределение амплитуд эхо-сигналов от дна в зависимости от глубины: а - Н = 1200 м, б - Н = 900 м, в - Н = 700 м, г - Н = 500 м

80

0 5 10 15 20 25 30

г, т

Рисунок 4.5 - Лидарные эхо-сигналы, соответствующие глубине дна 17,5 м для высоты

полета 1200 м и 500 м

Зарегистрированный массив данных лидарной съемки позволяет оценить степень затухания лидарного эхо-сигнала от высоты полета H. На рисунке 4.6 представлены значения амплитуды эхо-сигнала для случая френелевского отражения от поверхности воды Pf, максимума от верхних слоев воды Pmax, а также значения Рь для глубин 8 м, 12 м и 15 м. Для кросс-поляризованной компоненты максимум амплитуды эхо-сигнала от верхних слоев воды Pmax формируется на глубине около 3 м. С увеличением глубины зондирования степень затухания эхо-сигнала с глубиной уменьшается по абсолютному значению. Это связано с тем, что с ростом глубины дна увеличиваются размеры площадки Рь, через которую отраженное от дна излучение выходит в атмосферу. При относительно узком фиксированном угле поля зрения приемной оптической системы подъем высоты приводит к увеличению радиуса площадки на поверхности воды Р, с которой приемник собирает рассеянное назад излучение. В случае, когда приемник перехватывает все рассеянные назад фотоны, показатель степени равен -2. Этому соответствует френелевское отражение от поверхности воды, когда радиус площадки определяется только расходимостью зондирующего луча и достаточно мал. Приемник, угол поля зрения которого много больше исходной расходимости лазерного луча у >> yl, перехватывает все отраженное назад излучение. С увеличением глубины дна радиус площадки Рь достаточно быстро увеличивается и превосходит Р, что определяет уменьшение показателя степени в геометрическом факторе в лидарном уравнении (2.2). Наличие эффекта зависимости показателя степени в геометрическом факторе от глубины дна показано в результате аналитических расчетов в работах [Philpot, 2019; Kim et al, 2016]. Полученные экспериментальные результаты хорошо согласуются с теоретическими расчетами. Учет этого эффекта необходим при формировании требований к батиметрическим лидарам для съемки с большой высоты (см. раздел 4.4). Значения показателя степени геометрического фактора, полученные в результате обработки данных, приведенных на рисунке 4.6, сведены в таблицу 4.2.

Таблица 4.2 - Значения показателя степени геометрического фактора в зависимости от глубины зондирования

Глубина зондирования, м Показатель степени

0 (френелевское отражение) -2

3 (максимум от верхних слоев воды) -1,6

8 -1,5

10 -1,2

12 -1,1

15 -1,1

Рисунок 4.6 - Значения амплитуды эхо-сигнала для случая френелевского отражения от поверхности воды Р^, максимума от верхних слоев воды Ртах, а также значения Рь для глубин

8 м, 12 м и 15 м

На рисунке 4.7 представлено изменение контраста эхо-сигнала от дна на глубине 12 м и 15 м. Под контрастом сигнала от дна Рь / Ртах понимается отношение амплитуды эхо-сигнала, отраженного от дна, и амплитуды эхо-сигнала от верхних слоев воды Ртах. Вертикальными отрезками на рисунке отмечена погрешность измерений, оцененная по разбросу. Рисунки демонстрируют возрастание контраста сигнала от дна с повышением высоты полеты. Это позволяет снизить требования к динамическому диапазону приемо-регистрирующей аппаратуры, необходимому для регистрации эхо-сигнала от дна на фоне эхо-сигнала от толщи воды.

Рисунок 4.7 - Изменение контраста эхо-сигнала от дна на глубине 12 м и 15 м

По данным выполненной лидарной батиметрической съемки построено трехмерное изображение рельефа дна участка входа в Бечевинскую бухту. Полученный рельеф представлен на рисунке 4.8. Для съемки дна акватории всей бухты необходимо увеличения высоты полета, что влечет за собой требования к увеличению энергетики лидара. Разработка таких требований с учетом рассмотренных в данном разделе эффектов выполнена в следующем разделе.

Глубина,м

159,705 159.715 159,725 159.735 159.745 159.755

Долгота.0

Рисунок 4.8 - Трехмерное изображение рельефа дна участка входа в Бечевинскую бухту, построенное по данным лидарной батиметрической съемки с самолета

4.4. Оценка требуемых характеристик батиметрического лидара при зондировании с большой высоты

Полученные экспериментальные данные позволяют выполнить оценки зависимости величины отраженного от дна эхо-сигнала Рь от высоты лидара над поверхностью воды Н, а также максимально возможных для батиметрической съёмки (в данных условиях) высот полета. Результаты выполненных оценок справедливы для значений технических характеристик лидара, имеющихся у АПЛ-3, а также для значений гидрооптических характеристик воды и коэффициента отражения дна, характерных для акватории Бечевинской бухты. Экспериментальные значения Рь, зарегистрированные при глубинах дна 10 м, 15 м и 20 м с разных Н, представлены на рисунке 4.9. Сплошными линиями на рисунке показаны графики аппроксимирующей функции Рь(Н), вид которой следует из лидарного уравнения (2.2):

ехр(-а • с

РЬ(Н)=А

(2пм/Н + с^)т , (4.3)

где А, а - параметры аппроксимации, с^ - скорость света в воде, I - время, отсчитываемое от момента пересечения зондирующим импульсом поверхности воды, п - показатель преломления морской воды, т - показатель степени затухания эхо-сигнала от дна в зависимости от протяженности трассы зондирования. Для исследуемого диапазона глубин дна показатель степени т был определен на основе экспериментальных данных (таблица 4.2).

880 м 2250 м

45-

42 393633 ЗОН 27 24 | 21 -| 18 1512963-

'1 I \ ю м ; 1 ■ 1 1 1 1 11 ' 1 1 1 ■ 1 1 ' 1 1 1 1 1 1 1 1 . 1 1 "

\ 15 М г 1 1 -1 1 .

\

\20 М Т\Т Тр ■—-- 1 I

^ . ^----1-

200 600 1000 1400 1800 2200 2600

Н, м

Рисунок 4.9 - Зависимость Рь(Н) при разных глубинах дна

Параметры функции аппроксимации определены методом наименьших квадратов для экспериментальных значений Рь, зарегистрированных для глубины 10 м и 15 м для разных Н. Для глубины гь = 20 м параметры функции аппроксимации получены путем экстраполяции. Использование аппроксимации экспериментальных данных предполагает, что коэффициент отражения дна, а также показатель ослабления света морской водой с во всех точках зондирования близки между собой. Допустимость этого предположения основана на близости пространственного положения точек зондирования при глубине дна 10 м и 15 м для всех Н. Пунктирная горизонтальная прямая показывает минимальный уровень регистрируемого сигнала, определяемый уровнем шумов приемо-регистрирующей системы лидара АПЛ-3. При среднем уровне шумов 1 мВ и соотношении сигнал/шум £ = 2, минимальный уровень регистрируемого сигнала, обеспечивающий надежную регистрацию, составляет 2 мВ. Пунктирные вертикальные прямые отмечают максимально возможную высоту полета Нт, при которой эхо-сигнал от дна на соответствующей глубине гь может быть зарегистрирован. Как следует из рисунка 4.9 Нт сильно зависит от гь. Для гь = 10 м значение Нт превышает высоту 2500 м, что позволяет предположить возможность регистрации дна с такой высоты с использованием лидара АПЛ-3. При увеличении гь до 15 м Нт уменьшается до ~2250 м, а для гь = 20 м - до значений 880 м.

Приведенные выше оценки справедливы для энергетических характеристик АПЛ-3. Значения максимально допустимой высоты можно менять, варьируя величину параметра А. В соответствии с лидарным уравнением (2.2) его величина линейно зависит от энергии зондирующего импульса Жо при фиксированной длительности зондирующего импульса и площади приемной оптики. На рисунке 4.10 показаны графики зависимости величины эхо-сигнала от дна Рь от высоты расположения лидара при различных значениях параметра А для гь = 10 м (а) и гь = 20 м (б). Индексы у параметра Ан указывают, с какой высоты при данном значении параметра возможна регистрация эхо-сигнала от дна. Параметр Ап соответствует энергетическим характеристикам лидара АПЛ-3.

а)

б)

Рисунок 4.10 - Зависимости Ръ(Н) различных значениях параметра А для zb=10 м (а),

zъ=20 м (б)

На рисунке 4.11 представлены графики зависимости отношения Ап / Ан от высоты расположения лидара. Как следует из графика, для регистрации эхо-сигнала от дна при глубине zъ = 20 м с высоты 2500 м энергию зондирующего импульса необходимо увеличить почти в 3 раза до значений около 120 мДж. В тоже время при снижении высоты до 200 м Жо может быть умешена в 50 раз для zъ = 10 м (Жо < 1 мДж) и в 6 раз (Жо < 7,5 мДж) для zъ = 20 м. Увеличение высоты с 200 м до 2500 м требует для регистрации эхо-сигнала от дна при глубине zъ = 20 м увеличения Жо почти в 20 раз. Полученные значения Жо, необходимые для регистрации дна с заданной высоты, соответствуют значениям энергии зондирующего импульса современных батиметрических лидаров (см. таблица 1.3 Глава 1). Аналогичного эффекта можно достичь, меняя площадь приемной оптики, чувствительность фотоприемника, а также коэффициент пропускания оптического канала.

200 600 1000 1400 1800 2200 2600 Н, М

Рисунок 4.11 - Зависимость отношения Ли/ Лп от высоты расположения лидара для

указанных глубин

Выводы по главе 4

Необходимость авиационной лидарной батиметрической съемки с большой высоты возникает из-за сложных условий полета на малых высотах над акваторией съемки, при удаленности исследуемых акваторий от мест базирования малых маневренных авианосителей, а также при совмещении батиметрической съемки с выполнением других работ, требующих достаточно большой высоты полета. Возможность проведения лидарной батиметрической съемки с большой высоты исследована на основе натурных данных, полученных в акватории Бечевинской бухты (Авачинский залив полуострова Камчатка). Бухта со всех сторон окружена сопками высотой около 1 км. Получена экспериментальная зависимость мощности эхо-сигнала, отраженного от дна, от протяженности атмосферного участка трассы зондирования. Зависимость зарегистрирована для глубин от 3 до 21 м и в диапазоне высот от 500 до 1200 м, обеспеченных энергетикой лидара АПЛ-3.

Экспериментальные результаты демонстрируют сложный характер зависимости амплитуды эхо-сигналов от поверхности и морского дна при увеличении высоты полета И. Для заданной геометрии зондирования ослабление для случая френелевского отражения от поверхности воды с увеличением высоты пропорционально И-2, что соответствует лидарному уравнению. При заданных гидрооптических характеристиках ослабление эхо-сигнала от дна на глубине 1ъ = 10 м пропорционально И'1'3, а для глубины дна 1ъ = 15 м - И'1'1. Это подтверждает теоретические расчеты [РЫ1ро1;, 2019, с. 103] и объясняется изменением соотношения площадей

участков поверхности, через которую рассеянное излучение от толщи воды и дна выходит в атмосферу и с которой приемник собирает рассеянное излучение.

Типичная высота для проведения батиметрической съемки составляет 200-400 м. Высота, безопасная для полетов над всей акваторией Бечевинской бухты, не менее 2500 м. Экстраполяция полученной зависимости позволила выполнить оценку энергетики лидара, требуемой для проведения батиметрической съемки всей акватории Бечевинской бухты на безопасной высоте полета. Под энергетикой понимается мощность зондирующего импульса при данной площади входной оптики и чувствительности приемной системы. Оценки показывают сильную зависимость требуемой для батиметрической съемки энергии зондирующего импульса от высоты полета. Проведение батиметрической съемки до глубин ~20 м с безопасной для всей акватории бухты высоты полета 2500 м требует почти трехкратного увеличения энергии зондирующего импульса по сравнению с имеющейся у лидара АПЛ-3. С учетом развития современного уровня техники, такие требования являются реализуемыми.

Результаты представленных в главе исследований опубликованы в работе [Глухов и др.,

2019].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В работе на основе теоретического анализа и полученных автором натурных данных лидарных измерений исследованы закономерности формирования сигналов обратного рассеяния при лидарном зондировании приповерхностного слоя морской воды, характеризующегося различными типами пространственно-временной изменчивости, и при выполнении лидарной батиметрической съемки. В основу полученных зависимостей легли данные более 400 часов натурных измерений, проведенных в период с 2015 по 2022 г.г. с использованием морских лидаров ПЛД-1 и АПЛ-3, разработанных и модернизированных в ИО РАН, а также данные синхронных сопутствующих измерений.

1. Исследована связь между параметрами лидарных эхо-сигналов и гидрооптическими характеристиками приповерхностного слоя. В исследовании использовался судовой поляризационный лидар ПЛД-1, для которого в лабораторных и натурных условиях были получены оценки разрешающей способности и точности на примере определения положения погруженных объектов вблизи морской поверхности и дна. Для этого лидара в западной части Карского моря получены регрессионные соотношения между показателем ослабления лидарного эхо-сигнала а, показателями ослабления света морской водой с и диффузного ослабления света Ка. Соотношения получены на станциях с однородным распределением гидрооптических характеристик в слое 0-10 м. Лидарные измерения проводились синхронно с измерениями, проводимыми погружными приборами. Регрессионные соотношения построены на основе данных, полученных на 23 станциях, выполненных в западной части Карского моря, суммарной продолжительностью лидарных измерений около 40 часов при частоте лидарного зондирования 1 Гц. Линейная регрессия охватывает широкий диапазон изменчивости с от 0,2 м-1 до 1,1 м-1 при изменении значений вероятности выживания фотона Ю0 в диапазоне от 0,4 до 0,8. Линейность регрессий наблюдается во всем исследуемом диапазоне. Показано, что при больших с многократное рассеяние вносит существенный вклад в формирование лидарного эхо-сигнала.

Использование регрессионных соотношений позволяет проводить лидарную съемку на ходу судна для получения пространственных распределений с и Ка. Результаты лидарной съемки, выполненной в Карском море, продемонстрировали хорошее соответствие пространственных распределений гидрооптических характеристик, полученных лидарным методом и с использованием проточного измерительного комплекса. Наблюдается хорошее соответствие вида распределений, совпадение положения особенностей распределений, локальных максимумов, минимумов и фронтальных зон. Данные в эксперименте получены для верхнего однородного слоя, степень однородности которого на ходу судна контролировалась по форме спада лидарного эхо-сигнала.

2. На основе теоретических представлений о лидарных изображениях внутренних волн в случае двухслойной стратификации гидрооптических характеристик выявлены особенности формы лидарного эхо-сигнала, позволяющие при соответствующей обработке определить положение слоя скачка по данным лидарного зондирования. Для оценки пространственно-временной изменчивости формы спада лидарного эхо-сигнала применяются функции аппроксимации, функциональный вид которой следует из лидарного уравнения, а также вейвлет-анализ выборок амплитуд лидарных эхо-сигналов на заданной глубине. Применение функции аппроксимации позволяет наглядно получить картину вертикальных смещений областей с резкими градиентами показателя ослабления, соответствующих границам слоя скачка плотности. Применение вейвлет-анализа позволяет определить период и локализацию квазипериодических процессов. При обработке целесообразно на первом этапе проводить автоматизированную обработку с использованием вейвлет-анализа, а детальную обработку с использованием функций аппроксимаций проводить только для тех участков съемки, на которых выявлены квазипериодические процессы. Такой подход позволяет относительно быстро получить наиболее полную информацию.

На основе полученных результатов разработан метод лидарной регистрации внутренних волн в условиях двухслойной стратификации гидрооптических характеристик. С использованием разработанного метода выполнена комплексная обработка массива данных судовой лидарной съемки прибрежных районов Черного моря. Общий объем обработанных данных составляет около 50 часов при частоте лидарного зондирования 1 Гц. Выявлено три галса общей продолжительностью около 3 часов, на которых были зарегистрированы квазипериодические процессы. Результаты, полученные с использованием функций аппроксимации и вейвлет-анализа, в целом соответствуют друг другу. Некоторые количественные расхождения обусловлены нестрогой периодичностью исследуемых процессов и малым количеством колебаний в цуге, затрудняющие проведение спектрального анализа. Полученные значения характеристик выявленных квазипериодических процессов - амплитуда и период колебаний, соответствуют результатам контактных измерений, проводимых в районе работ.

3. Возможность проведения лидарной батиметрической съемки с большой высоты исследована на основе натурных данных, полученных в акватории Бечевинской бухты (Авачинский залив полуострова Камчатка). Бухта со всех сторон окружена сопками высотой около 1 км. Получена экспериментальная зависимость мощности эхо-сигнала, отраженного от дна, от протяженности атмосферного участка трассы зондирования. Зависимость зарегистрирована для глубин от 3 до 21 м и в диапазоне высот от 500 до 1200 м, обеспеченных энергетикой лидара АПЛ-3.

Экспериментальные результаты демонстрируют сложный характер зависимости амплитуды эхо-сигналов для различных глубин морского дна при увеличении высоты полета И. Для заданной геометрии зондирования ослабление для случая френелевского отражения от поверхности воды с увеличением высоты пропорционально И-2, что соответствует лидарному уравнению. С увеличением глубины дна показатель степени уменьшается по абсолютной величине. Конкретное значение показателя степени определяется в основном гидрооптическими характеристикам исследуемой акватории. В Бечевинской бухте в условиях эксперимента при глубине дна 2ь =10 м т принимает значение 1,3, а при 2ь =15 м -1,1. Это подтверждает теоретические расчеты [РЫ1ро^ 2019, с. 103] и объясняется изменением соотношения площадей участков поверхности, через которую рассеянное излучение от толщи воды и дна выходит в атмосферу и с которой приемник собирает рассеянное излучение.

Экстраполяция полученной зависимости позволила выполнить оценку энергетики лидара, требуемой для проведения батиметрической съемки всей акватории Бечевинской бухты на безопасной высоте полета 2500 м. Под энергетикой понимается мощность зондирующего импульса при данной площади входной оптики и чувствительности приемной системы. Оценки показывают сильную зависимость требуемой для батиметрической съемки энергии зондирующего импульса от высоты полета. Проведение батиметрической съемки до глубин ~20 м с безопасной для всей акватории бухты высоты полета 2500 м требует почти трехкратного увеличения энергии зондирующего импульса по сравнению с имеющейся у лидара АПЛ-3. С учетом развития современного уровня техники такие требования являются реализуемыми.

СПИСОК УСЛОВНЫХ СОКРАЩЕНИЙ

АИГ - алюмоиттриевый гранат;

АПЛ - авиационный поляризационный лидар;

АЦП - аналого-цифровой преобразователь;

ИОА СО РАН - Институт оптики атмосферы им. В. Е. Зуева Сибирского отделения Российской академии наук;

М-Б рассеяние - Рассеяние Мандельштама - Бриллюэна;

НИС - научно-исследовательское судно;

ОРОВ - окрашенное растворенное органическое вещество;

ПАЛ - поляризационный авиационный лидар;

ПЛД - поляризационный лидар;

СНС - спутниковая навигационная система;

СПЛ - судовой поляризационный лидар;

УКН - устройство крепления и наведения;

УФ диапазон - ультрафиолетовый диапазон;

ФЭУ - фотоэлектронный умножитель;

AOL - Airborne oceanographic lidar;

CZMIL - Coastal Zone Mapping and Imaging Lidar;

DWOL - Dual Wavelength Oceanic Lidar;

FLOE - Fish Lidar, Oceanic, Experimental;

GIOP - The Generalized Inherent Optical Property;

HSRL - high spectral resolution lidar;

LiDAR - Light Detection and Ranging;

NASA - National Aeronautics and Space Administration;

NOAA - National Oceanic and Atmospheric Administration;

SHOALS - Scanning Hydrographic Operational Airborne Lidar Survey;

TCSPC - time correlated single photon counting.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Артемьев, В.А. Подспутниковые измерения цвета океана: новый плавающий спектрорадиометр и его метрология / В. А. Артемьев, В. И. Буренков, М. И. Вортман и др. // Океанология. - 2000. - Т. 40. - № 1. - С. 148-155.

2. Астафьева, Н. М. Вейвлет-анализ: основы теории и примеры применения / Н. М. Астафьева // Успехи физических наук. - 1996. - Т. 166. - №. 11. - С. 1145-1170.

3. Браво-Животовский, Д.М. Определение показателей поглощения и рассеяния морской воды по некоторым характеристикам светового поля искусственных источников света / Д.М. Браво-Животовский, Л.Б. Гордеев, Л.С. Долин, С.Б. Моченев // Гидрофизические и гидрооптические исследования в Атлантическом и Тихом океанах. По результатам исследований в 5-м рейсе НИС «Дмитрий Менделеев». Под ред. А.С.Монина, К.С. Шифрина. - М: Наука. - 1974. - С.153-158.

4. Браво-Животовский, Д.М. Оптические методы диагностики океана. Лазерное дистанционное зондирование / Д.М. Браво-Животовский, Л.С. Долин, В.А. Савельев и др. // Дистанционные методы изучения океана. - Горький: ИПФ АН СССР. - 1987. - С. 84-125.

5. Буренков, В.И. Оптические характеристики вод Карского моря по судовым и спутниковым наблюдениям / В. И. Буренков, Ю. А. Гольдин, В. А. Артемьев, С. В. Шеберстов // Океанология.

- 2010. - Т. 50. - № 5. - С. 716-729.

6. Буренков, В.И.Оценка погрешности измерения показателя ослабления света морской водой в мутных водах арктических морей / В. И. Буренков, С. В. Шеберстов, В. А. Артемьев, В. Р. Таскаев // Светотехника. - 2019. - Т. 2. - С. 55-60.

7. Васильков, А.П. Определение профиля показателя рассеяния света по поляризационным характеристикам отраженного назад излучения при импульсном зондировании океана / А. П. Васильков, Т. В. Кондранин, Е. В. Мясников // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана.

- 1990. - Т. 26. - №3. - С. 307-312.

8. Глухов, В.А. Экспериментальная оценка возможностей лидара ПЛД-1 по регистрации гидрооптических неоднородностей в толще морской среды / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2017. - Т. 10. - № 2. - С. 41-48.

9. Глухов, В.А. Авиационная лидарная батиметрическая съемка прибрежных акваторий с большой высоты / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов, Б.А. Гуреев, О.В. Глитко // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2019. - Т. 12. - № 4. - С. 85-93.

10. Глухов, В.А. Лидарный метод регистрации внутренних волн в водах с двухслойной стратификацией гидрооптических характеристик / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, М.А. Родионов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2021. - Т. 14. - № 3. - С. 86-97.

11 . Глухов, В.А. Комплексная обработка данных лидарной съемки морских акваторий / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, Г.В. Жегулин, М.А. Родионов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2022. - Т. 15. - № 3. - С. 27-42.

12. Глухов, В.А. Лидарные исследования в первом этапе 89-ого рейса НИС «Академик Мстислав Келдыш» / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин, О.В. Глитко, Е.А. Аглова, Д.И. Глуховец, М.А. Родионов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2023. - Т. 16. - № 4. - С 107-115.

13 . Глухов, В.А. Морские радиометрические лидары и их использование для решения океанологических задач / В.А. Глухов, Ю.А. Гольдин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2024. - Т. 17. - № 1. - С 104-128.

14. Глуховец, Д.И. Измерения показателя поглощения морской воды с помощью интегрирующей сферы / Д. И. Глуховец, С. В. Шеберстов, О. В. Копелевич и др.// Светотехника. - 2017. - № 5. -С. 39-43.

15. Гольдин, Ю.А. Судовой проточный комплекс для измерения биооптических и гидрологических характеристик морской воды / Ю. А. Гольдин, Д. И. Глуховец, Б. А. Гуреев и др. // Океанология. - 2020. - Т. 60. - № 5. - С. 814-822

16. Долин, Л. С. Лидарный метод определения характеристик внутренних волн / Л. С. Долин, И. С. Долина, В. А. Савельев // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. -2012. - Т. 48. - №. 4. - С. 501-501.

17. Долин, Л. С. Модель лидарных изображений нелинейных внутренних волн / Л. С. Долин, И. С. Долина // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. - 2014. - Т. 50. -№. 2. - С. 224-224.

18. Долин, Л. С. О характеристиках сигнала обратного рассеяния при импульсном облучении мутной среды узким направленным световым пучком / Л.С. Долин, В.А. Савельев // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана. - 1971. - Т. 7. - №5. - С. 505-510.

19. Долина, И. С. Алгоритмы определения спектрально-энергетических характеристик случайного поля внутренних волн по лидарным эхо-сигналам / И. С. Долина, Л. С. Долин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2018. - Т. 11. - № 3. - С. 47-54.

20. Долина, И. С. Влияние сдвиговых течений на структуру лидарных изображений нелинейных внутренних волн / И. С. Долина, Л. С. Долин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. -2014. - Т. 7. - № 4. - С. 49-56.

21. Долина, И. С. Моделирование лидарных изображений нелинейных внутренних волн в мелком море / И.С. Долина, Л.С. Долин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2017. - Т. 10. -№ 1. - С. 31-36.

22. Жегулин, Г. В. Использование вейвлет-анализа для оценки связи гидрологических и гидрооптических колебаний в диапазоне внутренних волн по данным натурных наблюдений в Белом море / Г. В. Жегулин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2016. -Т. 9. - №. 3. - С. 48-56.

23. Зимин, А. В. Анализ характеристик и оценка ожидаемых высот внутренних волн на шельфе Крыма по данным экспедиции летом 2016 года / А. В. Зимин, Е. И. Свергун // Труды Всероссийской научно-практической конференции «IV Феодосийские научные чтения» Санкт-Петербург 11-12 сентября 2017. - С. 230-234.

24. Зимин, А.В. Короткопериодные внутренние волны в шельфовых районах Белого, Баренцева и Охотского морей: оценка повторяемости экстремальных высот и динамических эффектов в придонном слое / А. В. Зимин, Е. И. Свергун // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. -2018. - Т. 11. - № 4. - С. 66-72.

25. Иванов, В. А. Внутренние волны на шельфе Черного моря в районе Гераклейского полуострова: моделирование и наблюдение / В. А. Иванов, Т. Я. Шульга, А. В. Багаев и др. // Морской гидрофизический журнал. - 2019. - Т. 35. - №. 4. - С. 332-340.

26. Короновский, А. А. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения / А. А. Короновский, А. Е. Храмов // М.: ФИЗМАТЛИТ, 2003. 176 с.

27. Коханенко, Г. П. Лидарные и in situ измерения оптических параметров поверхностных слоев воды в озере Байкал / Г. П. Коханенко, И. Э. Пеннер, В. С. Шаманаев // Оптика атмосферы и океана. - 2011. - Т. 24. - №. 5. - С. 377-385.

28. Лаврова, О. Ю. Подспутниковые наблюдения мелкомасштабных гидродинамических процессов в северо-восточной части Черного моря / О. Ю. Лаврова, А. Н. Серебряный, М. И. Митягина, Т. Ю. Бочарова // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. - 2013. - Т. 10. - № 4. - С. 308-322

29. Левин, И. М. Корреляционные связи между первичными гидрооптическими характеристиками в диапазоне 550 нм / И.М. Левин, О.В. Копелевич // Океанология. - 2007. - Т. 47, - № 3. - С. 344-348.

30. Пеннер, И. Э., Шаманаев В. С. Опыт совместного зондирования моря судовым и самолетным лидарами / И.Э. Пеннер, В.С. Шаманаев // Оптика атмосферы и океана. -1993. - Т. 6, - № 01. -С. 107-111.

31. Погосян, С.И. Абсорбционная спектроскопия микроводорослей цианобактерий и растворенного органического вещества: измерения во внутренней полости интегрирующей сферы / С. И. Погосян, А. М. Дургарян, И. В. Конюхов и др. // Океанология. - 2009. - Т. 49. - С. 934-939.

32. Родионов, М. А. Исследование возможностей лидарной диагностики гидрофизических полей на основе гидрологических и гидрооптических измерений в северных морях России: специальность 25.00.28 «Океанология»: диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук / Родионов Максим Анатольевич; Российский государственный гидрометеорологический университет. - Санкт-Петербург, 2012. - 100 с.

33. Родионов, М. А., Долина И.С., Левин И.М. Корреляции между вертикальными распределениями показателя ослабления света и плотности воды в Северных морях / М.А. Родионов, И.С. Долина, И.М. Левин // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2012. - Т. 5. - № 4. - С. 39-46.

34. Серебряный, А. Н. Исследования внутренних волн в Черном море с океанографической платформы МГИ / А.Н. Серебряный, В.А. Иванов // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. - 2013. - № 3. - С. 34-45.

35. Свергун, Е. И. Характеристики короткопериодных внутренних волн Авачинского залива по данным экспедиционных и спутниковых наблюдений, выполненных в августе-сентябре 2018 года / Е. И. Свергун, А. В. Зимин // Морской гидрофизический журнал. - 2020. - Т. 36. - № 3. -С. 300-312.

36. Степанов, А. Н. Судовой лидар для гидрологических исследований / А. Н. Степанов, С. А. Рогов, С. Н. Карпов и др. // Оптический журнал. - 2008. - Т. 75. - № 2. - С 43-49.

37. Химченко, Е.Е. Внутренние волны на Кавказском и Крымском шельфах Черного моря (по летне-осенним наблюдениям 2011-2016 гг.) / Е. Е. Химченко, А. Н. Серебряный // Океанологические исследования. - 2018. - Т. 46. - № 2. - С. 69-87.

38. Шаманаев, В. С. Авиалидарные исследования морской акватории. Ч. 2. Длинные трассы / В. С. Шаманаев, И. Э. Пеннер, Г. П. Коханенко // Оптика атмосферы и океана. - 2002. - Т. 15. - № 7. - С. 608.

39. Шаманаев, В.С. Самолетные лидары ИОА СО РАН для зондирования оптически плотных сред / В.С. Шаманаев // Оптика атмосферы и океана. - 2015. - Т. 28, - № 03. - С. 260-266.

40. Шифрин К.С. Введение в оптику океана / К. С. Шифрин / Л.: Гидрометеоиоиздат, 1983. 278 с.

41. Allocca, D. M. Ocean water clarity measurement using shipboard lidar systems / D. M. Allocca, M. A. London, T. P. Curran et al. // Ocean Optics: Remote Sensing and Underwater Imaging // SPIE. -2002. - Vol. 4488. - P. 106-114.

42. Becker W. Advanced Time-Correlated Single Photon Counting Techniques / W. Becker // Springer Series in Chemical Physics. - 2005. - Vol. 81. - P. 349.

43. Bukin, O. A. Measurement of the lightscattering layers structure and detection of the dynamic processes in the upper ocean layer by shipborne lidar / O. A. Bukin, A. Yu. Major, A. N. Pavlov et al. // International Journal of Remote Sensing. - 1998. - Vol. 19. - № 4. - P. 707-715.

44. Chen P. Detecting subsurface phytoplankton layer in Qiandao Lake using shipborne lidar / P. Chen, Z. Mao, Z. Zhang et al. // Optics express. - 2020. - Vol. 28. - № 1. - P. 558-569.

45. Chen, P. LiDAR Remote Sensing for Vertical Distribution of Seawater Optical Properties and Chlorophyll-a From the East China Sea to the South China Sea / P. Chen, C. Jamet, D. Liu // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2022. - Vol. 60. - P. 1-21.

46. Chen, P. Ocean optical profiling in South China Sea using airborne LiDAR / P. Chen, P. Delu // Remote Sensing. - 2019. - Vol. 11. - №15. - P. 1826.

47. Chernook V.I., Goldin Yu.A., Vasilyev A.N. et al. Oceanological monitoring of fishing areas using lidars / V.I. Chernook, Yu.A. Goldin, A.N. Vasilyev et al. // Proceedings of the 16th International Conference Laser Optics 2014. IEEE Xplore. - P. 137-141.

48. Churnside, J. H. Airborne lidar detection and characterization of internal waves in a shallow fjord / J. H. Churnside, R. D. Marchbanks, J. H. Lee et al. // Journal of Applied Remote Sensing. - 2012. -Vol. 6. - № 1. - P. 063611.

49. Churnside, J. H. Subsurface plankton layers in the Arctic Ocean / J.H. Churnside, R. D. Marchbanks // Geophysical Research Letters. - 2015. - Vol. 42. - №. 12. - P. 4896-4902.

50. Churnside, J.H. Airborne lidar for fisheries applications / J.H. Churnside, J.J. Wilson, V.V. Tatarskii // Optical Engineering. - 2001. - Vol. 40. - P. 406-414.

51. Churnside, J.H. Airborne Lidar Observations of a Spring Phytoplankton Bloom in the Western Arctic Ocean / J.H. Churnside, R. D. Marchbanks, N. Marshall // Remote Sensing. - 2021. - Vol. 13. - P. 2512.

52. Churnside, J.H. Airborne remote sensing of a biological hot spot in the southeastern Bering Sea / J.H. Churnside, E.D. Brown, S. Parker-Stetter et al. // Remote Sensing. - 2011. - Vol. 3. - № 3. - P. 621-637.

53. Churnside, J.H. Ocean backscatter profiling using high-spectral-resolution lidar and a perturbation retrieval / J.H. Churnside, J. Hair, C. Hostetler, A. Scarino // Remote Sensing. - 2018. - Vol. 10. - P. 2003.

54. Churnside, J.H. Polarization effects on oceanographic lidar / J.H. Churnside // Optics Express.

- 2008. - Vol. 16. - P. 1196-1207.

55. Churnside, J.H. Stratification, plankton layers, and mixing measured by airborne lidar in the Chukchi and Beaufort seas / J.H. Churnside, R. D. Marchbanks, S. Vagle et al. // Deep Sea Research Part II: Topical Studies in Oceanography. - 2020. - Vol. 177. - P. 104742.

56. Churnside, J. H. Lidar observation of a strongly nonlinear internal wave train in the Gulf of Alaska / J. H. Churnside, L. A. Ostrovsky // International Journal of Remote Sensing. - 2005. - Vol. 26. - № 1.

- P. 167-177.

57. Churnside, J. H. Thin scattering layers observed by airborne lidar / J. H. Churnside, P. L. Donaghay // ICES Journal of Marine Science. - 2009. - Vol. 66. - № 4. - P. 778-789.

58. Collin, A. Mapping the shallow water seabed habitat with the SHOALS / A. Collin, P. Archambault, B. Long // IEEE Trans. Geosci. Remote Sens. - 2008. - № 46. - P. 2947-2955.

59. Collister, B. L. Polarized lidar and ocean particles: insights from a mesoscale coccolithophore bloom / B. L. Collister, R. C. Zimmerman, V. J. Hill et al. // Applied Optics. - 2020. - Vol. 59. - № 15. -P. 4650.

60. Collister, B. L. Remote sensing of optical characteristics and particle distributions of the upper ocean using shipboard lidar / B. L. Collister, R. C. Zimmerman, C. I. Sukenik et al. // Remote Sensing of Environment. - 2018. - Vol. 215. - P. 85-96.

61. Dolin, L. S. Algorithms for determining the spectral-energy characteristics of a random field of internal waves from fluctuations of lidar echo signals / L. S. Dolin, I. S. Dolina // Applied Optics. -2020. - Vol. 59. - № 10. - P. C78-C86.

62. Dolin, L. S. Laser bathymetry based on the halo effect / L. S. Dolin // Applied Optics. - 2019. - Vol. 58. - №. 6. - P. 1555-1561.

63. Dolina, I. S. Inverse problems of lidar sensing of the ocean / I. S. Dolina, L. S. Dolin, I. M. Levin, A. A. Rodionov, V. A. Savel'ev // Current Research on Remote Sensing, Laser Probing, and Imagery in Natural Waters. SPIE. - 2007. - Vol. 6615. - P. 104-113.

64. Fredriksson, K., Galle B., Nystrom K., Svanberg S., Ostrom B. Underwater laser-radar experiments for bathymetry and fish-school detection / K. Fredriksson, B. Galle, K. Nystrom, S. Svanberg, B. Ostrom // Chalmers Univ. of Tech., Götenborg Inst. of Physics Rep. GIPR-162. - 1978. - P. 28.

65. Glukhov, V. A. Investigation of the relationship between the parameters of lidar echo signals and hydrooptical characteristics in the western part of the Kara Sea / V. A. Glukhov, Yu. A. Goldin, O. V. Glitko, D. I. Glukhovets, E. A. Aglova, M. A. Rodionov // Oceanology. - 2023. - Vol. 63(1). - P. S119-S130.

66. Glukhovets, D.I. Surface desalinated layer distribution in the Kara Sea determined by shipboard and satellite data / D. I. Glukhovets, Y. A. Goldin // Oceanologia. - 2020. - Vol. 62. - № 3. - P. 364-373.

67. Goldin, Y. A. Results of Barents Sea airborne lidar survey / Y. A. Goldin, A. N. Vasilev, A. S. Lisovskiy, V. I. Chernook // Current Research on Remote Sensing, Laser Probing, and Imagery in Natural Waters/ I. M. Levin et al. eds. - 2007. - P. 66150E-66150E-11.

68. Goldin, Yu.A. Polarized Lidar Sounding of Stratified Seawater / Yu.A. Goldin, D.B. Rogozkin, S.V. Sheberstov // Proceedings of IV International Conference "Current Problems in Optics of Natural Waters (ONW'2007)". Nizhny Novgorod. 2007. P. 175-178.

69. Goldin, Y. A. Shipboard polarized lidar for seawater column sounding / Y. A. Goldin, B. A. Gureev, Y. I. Ventskut. // SPIE Proceedings / I. M. Levin et al. eds. - 2007. - P. 66150H-66150H-8.

70. Gordon, H. R. Can the Lambert-Beer law be applied to the diffuse attenuation coefficient of ocean water? / H. R. Gordon // Limnology and Oceanography. - 1989. - Vol. 34. - № 8. - P. 1389-1409.

71. Gordon, H. R. Interpretation of airborne oceanic lidar: effects of multiple scattering / H. R. Gordon // Applied Optics. - 1982. - Vol. 21. - № 16. - P. 2996.

72. Grant, R.H. Diffuse fraction of UV radiation under partly cloudy skies as defined by the Automated Surface Observation System (ASOS) / R. H. Grant, W. Gao // Journal of Geophysical Research: Atmospheres. - 2003. - Vol. 108. - № D2.

73. Gray, D.J. Using a multiwavelength LiDAR for improved remote sensing of natural waters / D.J. Gray, J. Anderson, J. Nelson, J. Edwards // Applied optics. - 2015. - Vol. 54. - № 31. - P. 232242.

74. Guenther, G. C. New capabilities of the "SHOALS" airborne lidar bathymeter / G. C. Guenther, M. W. Brooks, P. E. LaRocque // Remote Sensing of Environment. - 2000. - Vol. 73. - №. 2. - P. 247-255.

75. Hoge, F. E. Airborne lidar detection of subsurface oceanic scattering layers / F. E. Hoge, C. W. Wright, W. B. Krabill, R. R. Buntzen, et al. // Applied Optics. - 1988. - Vol. 27. - № 19. - P. 39693977.

76. Hoge, F. E. Water depth measurement using an airborne pulsed neon laser system / F. E. Hoge, R. N. Swift, E. B. Frederick // Applied Optics. - 1980. - Vol. 19. - №. 6. - P. 871-883.

77. International Hydrographic Organization Standards for Hydrographic Surveys, SP44, September 2022. [Электронный ресурс]. URL: https://iho.int/uploads/user/pubs/standards/s-44/S-44_Edition_6.1.0.pdf. (дата обращения: 05.05.2024). - Дата публикации: 05.09.2022. - Режим доступа: свободный.

78. Irish, J. L. Airborne Lidar bathymetry-the SHOALS system / J. L. Irish, J. K. McClung, W. J. Lillycrop // Bulletin-International Navigation Association. - 2000. - P. 43-54.

79. Kattawar, G.W. Filling in of Fraunhofer lines in the ocean by Raman scattering / G.W. Kattawar, X. Xu // Applied Optics. - 1992. - Vol. 31. - P. 6491-6500.

80. Kattawar, G. W. Time of Flight Lidar Measurements as an Ocean Probe / G. W. Kattawar, G. N. Plass // Applied Optics. - 1972. - Vol. 11. - № 3. - P. 662.

81. Kim, M. Modeling of airborne bathymetric lidar waveforms / M. Kim, Y. Kopilevich, V. Feygels et al. // Journal of Coastal Research. - 2016. - Vol. 76. P. 18-30.

82. Krekov, G. M. Laser sensing of a subsurface oceanic layer II Polarization characteristics of signals / G. M. Krekov, M. M. Krekova, V. S. Shamanaev // Applied Optics. - 1998. - Vol. 37. - № 9. - P. 1596.

83. Leonard, D. A. Remote sensing of ocean physical properties: a comparison of Raman and brillouin techniques / D. A. Leonard, H. E. Sweeney // Proceedings of Ocean Optics IX, SPIE, 12 August 1988. - Vol. 925. - P. 407-414.

84. Li, K. A dual-wavelength ocean lidar for vertical profiling of oceanic backscatter and attenuation / K. Li, Y. He, J. Ma, et al. // Remote Sensing. - 2020. - Vol. 12. - №. 17. - P. 2844.

85. Liu, D. System analysis of a tilted field-widened Michelson interferometer for high spectral resolution lidar / D. Liu, C. Hostetler, I. Miller et al. // Optics Express. - 2012. - Vol. 20. - № 2. - P. 1406-1420.

86. Liu, Q. A semianalytic Monte Carlo radiative transfer model for polarized oceanic lidar: Experiment-based comparisons and multiple scattering effects analyses / Q. Liu, X. Cui, W. Chen, C. Liu et al. // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2019. - Vol. 237. - P. 106638.

87. Mandlburger, G. A review of active and passive optical methods in hydrography / G. Mandlburger // The International Hydrographic Review. - 2022. - № 28. - P. 8-52.

88. Montes-Hugo, M. A. Spatial coherence between remotely sensed ocean color data and vertical distribution of lidar backscattering in coastal stratified waters / M. A. Montes-Hugo, J. H. Churnside, R. W. Gould // Remote sensing of environment. - 2010. - Vol. 114. - № 11. - P. 2584-2593.

89. O'Connor, C. L. Brillouin scattering in water: the Landau-Placzek ratio / C. L. O'Connor, J. P. Schlupf // The Journal of Chemical Physics. - 1967. - Vol. 47. - № 1. - P. 31-38.

90. Pavlova, M. A. Deck spectroradiometer for measuring remote sensing reflectance / M. A. Pavlova, D. I. Glukhovets, V. D. Volodin // Oceanology. - 2023. - Vol. 63. - №. Suppl 1. - P. S228-S237.

91. Pe'eri S. Increasing the existence of very shallow-water LIDAR measurements using the red-channel waveforms / S. Pe'eri, W. Philpot // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. - 2007. -Vol. 45. - P. 1217—1223.

92. Philpot, W. Airborne laser hydrography II (Blue Book II) / W. Philpot. - 2019.

93. Press, W. H. Savitzky-Golay smoothing filters / W. H. Press, S. A. Teukolsky // Computers in Physics. - 1990. - Vol. 4. - N. 6. - P. 669-672.

94. Ramnath, V., CZMIL (Coastal Zone Mapping and Imaging Lidar) bathymetric performance in diverse littoral zones / Ramnath, V., Feygels, V., Kalluri, H. et al. / OCEANS. - 2015 - MTS/IEEE Washington.

95. Riegl VQ-880-G Data sheet [Электронный ресурс]. URL: http://www.riegl.com/uploads/tx_pxpriegldownloads/Infosheet_VQ-880-G_2016-05-23.pdf (дата обращения: 05.05.2024). - Дата публикации: 23.05.2016. - Режим доступа: свободный.

96. Roddewig, M. R. Airborne lidar detection and mapping of invasive lake trout in Yellowstone Lake / M. R. Roddewig, J. H. Churnside, F. R. Hauer et al. // Applied Optics. - 2018. - Vol. 57. - № 15. - P. 4111-4116.

97. Ronald, J. Remotely sensed reflectance and its dependence on vertical structure: A theoretical derivation / J. Ronald, R. Zanaveld // Applied Optics. - 1982. - Vol. 21. - P. 4146-4150.

98. Schulien, J.A. Vertically- resolved phytoplankton carbon and net primary production from a high spectral resolution lidar / J. A. Schulien, M. J. Behrenfeld, J. W. Hair // Optics Express. - 2017. - Vol. 25. - P. 13577-13587.

99. Shen, X. A Shipborne Photon-Counting Lidar for Depth-Resolved Ocean Observation / X. Shen, W. Kong, P. Chen et al. // Remote Sensing. - 2022. - Vol. 14. - № 3351.

100. Shipley, S. T. High spectral resolution lidar to measure optical scattering properties of atmospheric aerosols. 1: theory and instrumentation / S. T. Shipley, D. H. Tracy, E. W. Eloranta et al. // Applied optics. - 1983. - Vol. 22. - № 23. - P. 3716-3724.

101. Slocum, R. K. Guidelines for bathymetric mapping and orthoimage generation using sUAS and SfM, an approach for conducting nearshore coastal mapping / R. K. Slocum, W. Wright, C. Parrish et al. - 2019.

102. Slocum, R. K.Guidelines for bathymetric mapping and orthoimage generation using sUAS and SfM, an approach for conducting nearshore coastal mapping / R. K. Slocum , W. Wright, C. Parrish et al. - 2019.

103. Squire, J. L. Profiling pelagic fish schools using airborne optical lasers and other remote sensing techniques / J. L. Squire, H. Krumboltz // Marine Technology Society Journal. - 1981. - Vol. 15. - P. 27-31.

104. Sullivan, J.M. Angular shape of the oceanic particulate volume scattering function in the backward direction / J.M. Sullivan, M.S. Twardowski // Applied Optics. - 2009. - Vol. 48. - P. 6811-6819.

105. Tulldahl, H.M. Classification of aquatic macrovegetation and substrates with airborne lidar / H.M. Tulldahl, S.A. Wikstrom// Remote Sensing of Environment. - 2012. - № 121. - P. 347-357.

106. Vasilkov, A. P. Airborne polarized lidar detection of scattering layers in the ocean / A. P. Vasilkov, Y. A. Goldin, B. A. Gureev et al. // Applied Optics. - 2001. - Vol. 40. - № 24. - P. 4353.

107. Von Dassow, P. Calcification state of coccolithophores can be assessed by light scatter depolarization measurements with flow cytometry / P. Von Dassow, G. van Den Engh, D. Iglesias-Rodriguez // Journal of Plankton Research. - 2012. - Vol. 34. - № 12. - P. 1011-1027.

108. Walker, R.E. Optical sounding for internal waves on the ocean thermocline / R. E. Walker, A. B. Fraser, L. Mastracci, B. F. Hochheimer // Oceans 82 Conference Record 22 September 1982. -Washington, DC. - P. 247-250.

109. Wang, C.-K. Using airborne bathymetric lidar to detect bottom type variation in shallow waters / C.-K. Wang, W. D. Philpot // Remote Sensing of Environment. - 2007. - Vol. 106. - № 1. - P. 23-135.

103. Werdell, P. J.Generalized ocean color inversion model for retrieving marine inherent optical properties / P. J. Werdell, B. A. Franz, S. W. Bailey et al. // Applied Optics. - 2013. - Vol. 52. - № 10.

- P.2019-2037.

110. Xu, P. Design and validation of a shipborne multiple-field-of-view lidar for upper ocean remote sensing / Peituo Xu, Dong Liu, Yibing Shen et al. // Journal of Quantitative Spectroscopy and Radiative Transfer. - 2020. - Vol. 254. - P. 107201.

111. Yushmanova, A. Numerical simulation of a light field structure in an integrating sphere via the Monte Carlo method / A. Yushmanova, S. Sheberstov, D. Glukhovets, S. Pogosyan // Photonics. - 2023.

- V. 10. - № 5. - P. 593.

112. Zhong, C. An improved adaptive subsurface phytoplankton layer detection method for ocean lidar data / C. Zhong, P. Chen, D. Pan // Remote Sensing. - 2021. - Vol. 13. - № 19. - P. 3875.

113. Zhou, Y. Retrieving the seawater volume scattering function at the 180° scattering angle with a high-spectral-resolution lidar / Y. Zhou, D. Liu, P. Xu et al. // Optics Express. - 2017. - Vol. 25.

- P.11813-11826.

114. Zhou, Y. Shipborne oceanic high-spectral-resolution lidar for accurate estimation of seawater depth-resolved optical properties / Y. Zhou, Y. Chen, H. Zhao et al. // Light: Science and Applications.

- 2022. - Vol. 11. - P. 261.