Файл отчета в MS Word

Научная часть отчета по стационару «Хурумша» за 2012 г.

1. В 2012 году на базе радиофизического стационара «Хурумша» были проведены работы по базовым проектам СО РАН «Моделирование волновых процессов в природных и искусственных средах», «Радиозондирование почвенно-лесного покрова в метровом и дециметровом диапазонах»». Получены следующие основные результаты:

а) Определены сезонные вариации коэффициента погонного ослабления для лиственного леса на частоте 10 ГГц. В ходе выполнения НИР выявлена высокая проникающая способность короткоимпульсного излучения в лесную среду, что не характерно для традиционной радиолокации. Оценка ослабляющих свойств лесных сред проведена на основе прямых измерений с использованием наносекундного радара. В качестве объекта исследования был выбран участок березового леса средней плотности (рис.1). Коэффициент ослабления γ имеет ярко выраженный сезонный ход и меняется в достаточно широких пределах. В состоянии покоя наблюдается наименьшие значения γ порядка 0,4 дБ/м. С наступлением фазы весеннего сокодвижения, приводящей к изменению электрических параметров древесины, отмечается увеличение γ до 0,9 дБ/м, совпадающего с фазой интенсивного сокодвижения, и обратный спад до начальных значений. С началом роста листьев следует повторное увеличение ослабления сигнала за счет дополнительного поглощения волн непосредственно в самой листве. В этот период ослабление сигнала максимально и согласно данным измерений составляет 1,25 дБ/м. Таким образом, выявлена зависимость ослабления сигнала от фенологического состояния леса, что должно учитываться в электродинамических моделях лесных сред.

Таблица 1 Сезонные вариации коэффициента ослабления

Дата	Состояние леса	Коэффициент ослабления, дБ/м	Дополнительные сведения
17.04.2012	Деревья без листвы (Начало весеннего соковыделения)	0,44		Объем сока, мл.
20.04.2012	-//-//-	0,5	100-200
23.04.2012	Фаза интенсивного соковыделения	0,9	600-800
3.05.2012	Окончание интенсивного соковыделения	0,45	-200
Май	Фаза набухания почек Фаза развертывания листьев «зеленая дымка»		3,43	Потребление влаги q, л./сутки
Июнь	Рост листьев Полная листва		14,65
Июль	Полная листва		17,21
Август	Полная листва	1,25 (20.08.2011)	17,34
Сентябрь	Полная листва Пожелтение листьев Опад листвы		6,97
Октябрь	Полный опад
Ноябрь	Деревья без листвы	0,45 (4.11.11)

б) проведена оценка коэффициентов обратного рассеяния от лесных сред различных типов в Х-диапазоне. Разработана методика определения коэффициента обратного рассеяния, учитывающая параметры измерительной установки и геометрию задачи. При проведении экспериментальных работ в условиях пересеченной местности учитывались оптимальные условия, обеспечивающие минимальные погрешности измерений. Проведена дополнительная калибровка системы на уголковых отражателях, что позволило получить значения удельной ЭПР объектов. На рис. 2а. указано место установки радара, рис.2в тестовые участки леса (лиственный, смешанный) в весенний период и рис. 2б тестовый участок в летний период.

В осеннее время наблюдается увеличение отраженного сигнала по сравнению с данными летних измерений, то есть наличие листвы и травяного покрова приводит к уменьшению отраженного сигнала. Для смешанного типа леса при данных углах места сезонные отличия практически не проявляются. Результаты исследований направлены на повышение достоверности интерпретации спутниковых данных в Х-диапазоне. Данные измерений приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Экспериментальные данные коэффициента обратного рассеяния

Тип поверхности	Сезон	Коэффициент обратного рассеяния σ°	Расчетная формула
Листв. лес (береза)	Лето	-9 дБ	σ0(θ), дБ = 10 lg[Sпр(θ) /σМ×P пр(θ)/P М], Угол места 83°-84°
	Осень	-7,7 дБ
Смешанный лес (береза + ель)	Весна	-9,4 дБ
	Лето	-9,5 дБ
Поляна с травой	Лето	-11,4 дБ
Поляна без травы	Осень	-9,4 дБ

в) предложен подход к определению горизонтальной структуры древостоя методом СКИРЛ, результатом которой является его двумерное радиолокационное изображение (томограмма).

При проведении экспериментов на реальных участках леса с плотностью порядка 0,04 д/м ^-2 среднее расстояние между деревьями составляет более 3 метров, что вполне достаточно для радиотомографии леса. Основой для такого подхода является высокая разрешающая способность по дальности, характерная для СКИРЛ. Экспериментальная оценка разрешающей способности с использованием уголковых отражателей (УО) приведена на рис. 3а, б. Приведенные осциллограммы эхо-сигналов от двух одинаковых УО, разнесенных по дальности на 3 метра, соответствуют классической потенциальной разрешающей способности по Релею (рис. 3в). При этом эксперимент проводился с разведением по дальности двух УО начиная с 0 до 8 метров с шагом 30 см.

Эффект разделения целей по огибающей сигнала показан на рис.4. В данном случае деревянные столбы высотой 2 метра с разносом по дальности на 4 метра, с различными диаметрами, имитируют стволы деревьев. Эксперимент проведен при условии полного закрытия первым столбом последующих (рис. 4а). Расстояние от радара до первого столба составляет 25 метров. В случае традиционной радиолокации наблюдалось бы отражение от одной цели. Однако в случае СКИРЛ наблюдается совершено иная картина. Осциллограмма на рис. 4в демонстрирует отдельные пики в ближней зоне, соответствующих отражениям от отдельных столбов.

Потенциальная теоретическая ошибка при определении дальности оценивается как

 

где N0 = kT спектральная плотность шума, E-энергия лоцирующего импульса. Таким образом, ошибка при определении дальности составляет 3·10^-3м.

Соответствие с планом леса подтверждает возможность применения данного метода для оценки горизонтальной структуры древостоя, а также запаса древостоя и биомассы.

2.1. В 2012 г. на базе радиофизического стационара выполнялись экспедиционные работы по интеграционному проекту СО РАН № 111 «Сейсмичность и структура очаговых зон землетрясения Байкальской рифтовой зоны» (2012 - 2014 гг.), по договору с ОАО «Российская корпорация ракетно-космического приборостроения и информационных систем (ОАО «Российские космические системы»), опытно-конструкторская работа «Разработка автоматизированных программных средств создания базовых продуктов ДЗЗ на основе радиолокационной информации, по проекту РФФИ 12-07-31188 «Разработка технологии комплексирования спутниковой радарной спекл- и дифференциальной интерферометрии для оценки динамики движения земных покровов», по проекту РФФИ № 12-05-98062-р_сибирь_a «Оценка влажности почв Республики Бурятия и её изменений на основе данных микроволнового дистанционного зондирования Земли из космоса».

2.2. В экспедиционных работах принимали участие сотрудники лаборатории, соисполнители интеграционного проекта РФФИ, а также дипломники ВСГТУ (Кафедра «Электронных Вычислительных систем»). В научно-исследовательских работах участвовало 28 человек, из них: докторов наук -2, кандидатов наук -10, работников с высшим образованием -23, дипломников -2, студентов- 2.

2.3. Международная дендрохронологическая экспедиция совместно с ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», Институтом леса им. В.Н. Сукачева СО РАН, лабораторией древесно-кольцевых исследований Аризонского университета (США) и БИП СО РАН.

2.4. Список публикаций за 2012 г.:

[1] Доржиев Б.Ч., Очиров О.Н., Климов А.И. Метод оценки УЭПР природных объектов в Х-диапазоне // Ползуновский вестник. 2012. №2/1. С. 200-203.

[2] Доржиев Б.Ч., Очиров О.Н. Исследование отражающих свойств лиственного леса на частоте 10 ГГц // Вестник Бурятского государственного университета, 2012, №3, с. 172-175.

[3] Доржиев Б.Ч., Очиров О.Н., Ослабляющие свойства лиственного леса на частоте 10 ГГц // Известия вузов. Физика, 2012, №5/1, с. 104-108.

[4] Доржиев Б.Ч., Очиров О.Н. Обратная задача радиотомографии леса // Известия вузов. Физика. 2012, №8/2, с. 268-269.

[5] Dorjiev B.Ch., Ochirov O.N. Extinction properties of a deciduous forest at a frequency of 10 GHz// Russian physics journal, Vol. 55, No6, November, p.712-717.

Материалы международных конференций.

1. Доржиев Б.Ч., Очиров О.Н., Климов А.И. Метод оценки УЭПР лиственного леса в Х-диапазоне при короткоимпульсной радиолокации // Материалы XIII Международной научно-технической конференции «Измерение, контроль, информатизация», г. Барнаул, 28-29 марта 2012 г., том 1, с. 124-129.

2. Доржиев Б.Ч. Наносекундный измерительный комплекс для диагностики природных сред // Международная выставка-ярмарка инновационных технологий. IX Китайско-Российско-Монгольская выставка по науке и технике. г. Маньчжурия, КНР, 4-6 июля 2012 г., с 5-6.

3. Доржиев Б.Ч. Результаты сверхкороткоимпульсной радиолокации природных сред // IV Международный Крейнделевский семинар «Плазменная эмиссионная электроника. ПЭЭ ‘2012», г. Улан-Удэ, 25-30 июня 2012 г.

4. Dorzhiev B.Ch., Ochirov O.N. Some results of ultrashortpulse location of natural objects // Workshop Environment and Global Climate Change Under the joint German-Russian project “Central Siberian laboratory an global climate change-Sib-Lab”, Красноярск, 22 августа, 2012 г.

Материалы российских и региональных конференций.

1. Доржиев Б.Ч., Очиров О.Н., Молчанов В.И. Определение горизонтальной структуры древостоя методом сверхкороткоимпульсной радиолокации// «Международная научно-практическая конференция «Рациональное использование почвенных и растительных ресурсов в экстремальных условиях», Улан-Удэ, 6-10 июля, 2012 г., с.188-191.

2. Доржиев Б.Ч., Очиров О.Н., Цыдыпов Б.З. Возможности оптических методов зондирования и сверхкороткоимпульсной радиолокации для оценки нарушенности лесов// III Всероссийская научная конференция с международным участием «Экологический риск и экологическая безопасность», г. Иркутск, 24-27 апреля, 2012 г., с. 185-187.

3. Доржиев Б.Ч., Очиров О.Н. Оценка возможностей обнаружения скрытых объектов в лесной среде методом наносекундной радиолокации// VI Всероссийская конференция «Радиолокация и радиосвязь», г. Москва, ИРЭ РАН, 19-23 ноября, 2012 г., т. II, с.51-53.