Моделирование распространения сложно модулированного светового импульса в морской воде

Перевод на англ. яз.: Е.С. Кочеткова

Исследованы характеристики распространяющегося в воде светового импульса, модулированного радиосигналом с линейно изменяющейся во времени частотой. Анализ выполнен на основе статистического моделирования импульсных и частотных характеристик сигнала и аналитического представления сигнала в виде импульса, описываемого функцией Гаусса с внутриимпульсной модуляцией. Оценены изменения времени прихода и длительности огибающей импульса, вызванные разбросом фотонов по путям пробега при расстояниях между источником и приемником до четырех глубин видимости белого диска. Показано, что эти изменения могут иметь разные знаки в зависимости от частотного диапазона модуляции. Выполнено сравнение времен прихода и длительности импульса с меняющейся во времени частотой и импульса после согласованной обработки – свертки с копией модулирующего сигнала. Показано, что в исследованном диапазоне изменения параметров многократное рассеяние не препятствует сжатию сложного сигнала при его согласованной обработке.

1. Лучинин А.Г., Савельев В.А. О распространении синусоидально модулированного светового пучка в рассеивающей среде // Изв. Вузов. Радиофизика. 1969. Т. 12, № 2. С. 256—262.

2. Лучинин А.Г., Савельев В.А. Асимптотика синусоидально модулированного излучения в изотропно рассеивающей среде // Изв. Вузов. Радиофизика. 1970. Т. 13, № 12. С. 1789—1793.

3. Кацев И.Л. О глубинном режиме при распространении в мутной среде синусоидально модулированного пучка света // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1971. Т. 8, № 2. С. 212—216.

4. Лучинин А.Г. О пространственной структуре синусоидально модулированного пучка света в среде с сильно анизотропным рассеянием // Изв. Вузов. Радиофизика. 1971. Т. 14, № 12. С. 1925—1927.

5. Лучинин А.Г. Пространственный спектр узкого синусоидально модулированного пучка света в анизотропно рассеивающей среде // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1974. Т. 10, № 12. С. 1312—1317.

6. Ремизович В.С., Рогозкин Д.Б., Рязанов М.И. Распространение узкого модулированного пучка света в рассеивающей среде с учетом флуктуаций путей фотонов при многократном рассеянии // Изв. Вузов. Радиофизика. 1982. Т. 25, № 8. С. 891—898.

7. Mullen L., Laux A., Concannon B., Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S. Amplitude-Modulated Laser Imager // Applied Optics. 2004. V. 43. P. 3874—3892.

8. Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S., Mullen L.J. Simulating the performance of in-water modulated vision systems with estimation of the image quality characteristics // Proceedings of the International Conference on Current Problems in Optics of Natural Waters (ONW’2005). Saint-Petersburg, D.S. Rozhdestvensky Optical Society, 2005. P. 312—320.

9. Luchinin A.G. Concept of an oceanological lidar with maximal 3D resolution // Proceedinds of VI International conference “Current problems in optics of natural waters”. Saint-Petersburg: Nauka, 2011. P. 37—43.

10. Лучинин А.Г. Теория подводного лидара со сложно модулированным пучком подсветки // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2012. Т. 48, №6. С. 739—748.

11. Лучинин А.Г. О системах подводного видения со сложно модулированными пучками подсветки // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5, № 4. С. 5—17.

12. Лучинин А.Г., Долин Л.С. Модель системы подводного видения со сложно модулированным пучком подсветки // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2014. Т. 50, № 4. С. 468—476.

13. Лучинин А.Г., Долин Л.С. Применение сложно модулированных волн фотонной плотности для инструментального видения в мутных средах // Докл. АН. Физика. 2014. Т. 455, № 6. С. 643—646.

14. Лучинин А.Г., Долин Л.С. О дисперсионных свойствах волн фотонной плотности в анизотропно рассеивающих средах // Изв. ВУЗов. Радиофизика. 2016. Т. 59, № 2. С. 162—170.

15. Лучинин А.Г., Кириллин М.Ю. Структура модулированного узкого пучка света в морской воде: моделирование методом Монте-Карло // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2017. Т. 53, № 2. С. 275—284.

16. Luchinin A.G., Kirillin M.Yu., Dolin L.S. Backscatter signal in underwater lidars: temporal and frequency features // Appl. Opt. 2018. V. 57. P. 673—677.

17. Luchinin A.G., Kirillin M.Yu. Temporal and frequency characteristics of a narrow light beam in sea water // Applied Optics. 2016. V. 55. P. 7756—7762.

18. Гордеев Л.Б., Лучинин А.Г., Щегольков Ю.Б. Экспериментальные исследования структуры узкого синусоидально модулированного пучка света в модельной анизотропно рассеивающей среде // Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1975. Т. 1, № 1. С. 86—89.

19. Mullen L., Laux A., Concannon B., Zege E.P., Katsev I.L., Prikhach A.S. Demodulation techniques for the amplitude modulated laser imager // Applied Optics. 2007. V. 46. P. 7374—7383.

20. Cochenour B., Mullen L., Muth J. Modulated pulse laser with pseudorandom coding capabilities for underwater ranging, detection, and imaging // Applied Optics. 2011. V. 50. P. 6168—6178.

21. Mullen L., Lee R., Nash J. Digital passband processing of wideband-modulated optical signals for enhanced underwater imaging // Applied Optics. 2016. V. 55(31). C18—C24.

22. Bartolini L., De Dominicis L., de Collibus M.F., Fornetti G., Guarneri M., Paglia E., Poggi C., Ricci R. Underwater threedimensional imaging with an amplitude-modulated laser radar at a 405 nm wavelength // Applied Optics. 2005. V. 44(33). P. 7130—7135.

23. Luchinin A.G., Dolin L.S., Kirillin M.Yu. Time dispersion delay and width variation of complex modulated signal in underwater lidar // Applied Optics. 2019. V. 58. P. 5074—5085.

24. Иванов A. Введение в океанографию. М.: Мир, 1978. 574 с.