-2-
СОДЕРЖАНИЕ
Огр.
ВВЕДЕНИЕ........................................................4
Глава I. МЕТОДЫ МОНТЕ-КАРДО В РАСЧЕТАХ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УЗКОГО ПУЧКА СВЕТА В МОРЕ . . 9 Глава 2. АЛГОРИТМ РАСЧЕТА. МЕТОДОМ МОНТЕ-КАРЛО ПРОСГРАНСГВЕН-НО-ЕЕЕМЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УЗКОГО НЕСТАЦИОНАРНОГО ПУЧКА СВЕТА В МОРЕ.............................................23
2.1 Анализ причин снижения эффективности алгоритма АІ 23
2.2 Модернизированный алгоритм расчета ................ 28
2.3 Сравнение с физическим моделированием и с АІ . . 33
2.4 Расчет хар»ддда!Ш!к импульса обратного рассеяния
от толщи однородной морской воды....................35
2.5 Выводы..............................................41
Глава 3. ЗАКОНОМЕРНОСТИ ПЕРЕНОСА СВЕТОВОЙ ЭНЕРГИИ В ГЕОМЕТРИЧЕСКОЙ ЗОНЕ УЗКОГО НЕСТАЦИОНАРНОГО ПУЧКА. . . 43
3.1 Постановка задачи. Диапазон изменения параметров 44
3.2 Зависимость яркости нестационарного пучка света
от геометрии системы источник-приемник..............48
3.3 Соотношение нерассеянной, однократно рассеянной
и многократно рассеянной компонент ................ 52
3.4 Область больших оптических глубин. Размытие импульса. Сравнение с экспериментом.......................57
3.5 Краткие выводы......................................60
Глава 4. ВЛИЯНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МОРСКОЙ ВОДЫ НА СТРУКТУРУ УЗКОГО НЕСТАЦИОНАРНОГО ПУЧКА СВЕТА.......................61
4.1 0 влиянии слоя повышенной мутности в океане на структуру узкого нестационарного пучка света . . .61
4.2 Закономерности переноса световой энергии в геометрической зоне нестационарного пучка света для различных по оптическим сзойствам океанских вод . 70
-3
4.3 Инженерная формула расчета ослабления пиковой мощности в геометрической зоне нестационарного пучка света.................................................84
4.4 Краткие выводы........................................87
ЗАКЛЮЧЕНИЕ........................................................89
ЛИТЕРАТУРА........................................................92
Глава І. МЕТОДЫ МОНТЕ-КАРЛО В РАСЧЕТАХ ПРОСГРАНСГВЕЙНО-ВРЕМНШЫХ ХАРАКТЕРИСТИК УЗКОГО ПУЧКА СВЕТА В
МОРЕ
Метод Монте-Карло широко применяется для расчетов пространственно-временных характеристик узкого пучка света, распространяющегося в рассеивающих средах, в том числе в морской воде [2,. 5, 7-12] • С помощью этого метода, в принципе, модно рассчитать любые энергетические, временные, пространственно-угловые характеристики пучка, при этом можно учесть практически все реальные параметры источника и приемника, а также реальные оптические свойства среды.
Однако, применение метода Монте-Карло связано с большими затратами машинного времени, поэтому на практике метод используется, как правило, в тех задачах, для которых разработаны высокоэффективные алгоритмы расчета. Универсального алгоритма расчета характеристик узкого пучка в морской воде к настоящему времени не создано. Тем не менее существуют приемы, позволяющие поднять эффективность алгоритмов для целого класса задач, имеющих общие характерные особенности. Рассмотрим некоторые из этих приемов.
Простейшей формой метода Монте-Карло является "прямое моделирование? Схема расчета строится на основе интегрального уравнения переноса ( см., например, [ 5]):
где У = (Я _ фазовое пространство координат, направлений и времени; у = ■£)- точка фазового пространства
вероят-
-10-
~*,1 в у' .
Практически с помощью ЭВМ строится ансамбль стохастических траекторий фотонов. При этом случайные дайны свободного пробега фотонов между столкновениями и новые направления полета фотонов после рассеяния частицами среды выбираются соответственно плотностям распределения, которые измеряются в физическом эксперименте и входят в ядро интегрального уравнения (1.1) . Далее подсчитываются траектории, попадающие в область детектора в заданном интервале направлений и в заданные отрезки времени.
Мощность современных ЭВМ позволяет разыгрывать Ю 5+10 ? траекторий фотонов в час, в то время как в лазерном импульсе содержится 16 фотонов. Отсюда ясно, что с помощью прямого мо-
делирования практически невозможно получить полной картины распространения лазерного импульса в морской воде вплоть до областей, где регистрируются лишь единичные фотоны. Если вероятность попадания фотона в детектор становится меньше, чем 40 б9 то на получаемых в результате расчета кривых появляются значительные статистические флуктуации. Точность оценок становится невелика (порядка десятков процентов) . Естественно, что предельные значения оптической толщины г , начиная с которой реали-зуюгся вероятности Ю~ ?Ю , зависят от рассеивающих свойств среды и от геометрии задачи: размера приемника, его углового поля и временного разрешения. Именно поэтому при использовании прямого моделирования для расчета сигнала на больших X от источника приходится выбирать большие размеры детектора, т.е. фактически рассчитывать интегральные характеристики пучка. Напри-мер? в работе [12] рассчитаны с помощью прямого моделирования пространственно-временные характеристики лазерного пучка при Ъ = 5,10,20 . Площадки, по которым происходило осреднение, вы-
бирались таким образом, чтобы через них проходило от 5$ до 100$ рассеянного вперед излучения. При этом диаметры площадок достигали 200 м. •
- Киев+380960830922