Лидарный комплекс

Проблема мониторинга состояния атмосферы с целью контроля химического состава аэрозолей и переменных газов и регистрации загрязнений окружающей среды экотоксикантами и биогенными частицами сильно обострилась в связи с усилением техногенной нагрузки на окружающую среду. Одним из перспективных направлений в области экологического мониторинга является применение многоспектрального лазерного комплекса, позволяющего в режиме реального времени регистрировать наличие в атмосфере малых концентраций загрязняющих газовых и аэрозольных веществ. Регулярный мониторинг состояния окружающей среды проводится лидарном комплексе ресурсного центра «Обсерватория экологической безопасности» Санкт-Петербургского государственного университета.
Для проведения детального анализа экологического состояния окружающей среды необходим набор данных об аэрозоле и газовых примесей атмосферы. Решению таких задач удовлетворяют оптические дистанционные методы зондирования в широком диапазоне длин волн и основанных на единой методической и метрологической базе. Работа всех спектральных каналов согласована в пространстве и во времени.

Выполнение мониторинга состояния окружающего воздуха производится с помощью стационарной и мобильной систем многоволновых лидарных комплексов.
Стационарный лидарный комплекс монтируется в астрономической башне на крыше здания факультета географии и геоэкологии СПбГУ в центре Санкт-Петербурга на Васильевском острове.
Мобильный лидарный комплекс служит для полевых исследований.

Лидар - оптический локатор для дистанционного зондирования воздушных и водных сред. Слово "лидар" происходит от английского lidar, по начальным буквам слов LIght Detection And Ranging (обнаружение и определение дальности с помощью света).

Лидар содержит источник оптического излучения - лазер, телескоп с приёмником сигнала, сканирующую систему, поворачивающую одновременно лазерный луч и телескоп в заданном направлении. Также в состав лидара входят система регистрации и обработки результатов зондирования, устройства управления и отображения информации.
В составе лидарных комплексов несколько лазеров, 350-миллиметровый зеркальный телескоп и двухзеркальный сканер для сканирования всей небесной полусферы лазерным лучом.
С помощью многоволнового аэрозольного лидара комплекс анализирует распределение аэрозоля (пыли, облаков и др.) в воздухе. Сигнал собирается с помощью 7-канального детектора, позволяющего оценить размеры частиц, форму и отличить различные типы аэрозоля
Разработанная для решения этих задач интегрированная многоволновая оптическая система работает в диапазоне длин волн от 235 нм до 1.064 мкм. Диапазон зондирования по дальности – до 25 км
Лидарные комплексы удовлетворяют критериям Европейской исследовательской аэрозольной лидарной сети.

Вся информация, получаемая лидарными комплексами, передается в ситуационно-информационный центр, оснащенный новейшим компьютерным оборудованием, для сбора данных, моделирования и прогнозирования экологической обстановки.

Преимущества лидарных систем заключаются в объединении различных методик и приборов в единый комплекс. Это позволяет получить результат лидарного зондирования, который в реальном времени представляется на управляющем компьютере в виде содержания аэрозолей, размера их частиц, содержания переменных газов, вертикального профиля скорости и направления ветра (что показывает также направление и скорость распространения примесей в атмосфере), и, таким образом, производит полную динамическую экологическую информацию о загрязнениях в атмосфере.

Отдельные лидары в качестве результата обычно показывают интенсивность обратного рассеяния лазерного луча, и требуется сложная процедура для восстановления необходимой информации об одном загрязняющем компоненте с разработкой алгоритмов решения обратной задачи и составлением компьютерных кодов. В данной лазерной системе установка нескольких лидаров обеспечивает комплексную обработку сигнала и получение информации о загрязнениях атмосферы нескольких типов (аэрозольное, газовое разных составов) и направление их распространения. Решение обратных задач для восстановления параметров нескольких компонентов в атмосфере предусмотрено в программном обеспечении комплекса