Сигнатурные методы исследования некоторых физико-химических процессов тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.17 ВАК РФ

РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК ИНСТИТУТ ХИМИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ им. Н.Н. Семенова

На правах рукописи УДК 53.083.91; 54.084

РОДИОНОВ Алексеи Игоревич

СИГНАТУРНЫЕ МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

01.04.17 - Химическая физика, в том числе физика горения и взрыва

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискаиие ученой степени кандидата физико-математических наук

МОСКВА-2008 г.

003451275

Работа выполнена в Учреждении Российской академии наук Институте химической физики им. Н.Н.Семенова РАН

Научный руководитель: Доктор химических наук,

профессор Шуб Б.Р. (ИХФ РАН),

Доктор физико-математических наук Калинин А.П. (ИПМех РАН) Официальные оппоненты: Доктор физико-математических наук

Уманский С.Я. (ИХФ РАН)

Кандидат физико-математических наук, доцент Юрасов А.Н. (МИРЭА)

Ведущая организация: Учреждение Российской Академии Наук Институт Косми-

ческих Исследований РАН

Защита состоится «/tf)) A'^t-ZSToJ 2008 г. в часов на заседании Специализированного совета Д.002.012.02 при Учреждении Российской Академии Наук Институте химической физики им. H.H. Семенова РАН по адресу: 119991, Москва, ул. Косыгина, 4.

С Диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке Учреждения Российской академии наук Института химической физики им. Н.Н.Семенова РАН.

Автореферат разослан «/^>> г.

Отзывы на автореферат высылать по адресу:

Учреждении Российской Академии Наук Институте химической физики им. H.H. Семенова РАН по адресу: 119991, Москва, ул. Косыгина, 4, ученому секретарю диссертационного совета

Ученый секретарь Диссертационного совета доктор физико-математических наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Исторически исследование физико-химических процессов заключалось в измерении какого-либо параметра этих процессов и вариации этих измерений за счет изменения условий проведения эксперимента. Развитие эксперимента показало ограниченность данного подхода и активного внедрения многоканальных измерений, которые кроме простого уменьшения времени измерения позволили осуществлять в ряде случаев синхронные измерения, качественно изменившие информативность последних получаемых данных.

Логическим развитием многоканальных измерений является переход от измерения небольшой совокупности параметров к синхронному измерению многомерных массивов данных. Такие массивы часто называют сигнатурой объекта исследования, подчеркивая неповторимость данного массива данных и его соответствия состоянию исследуемого объекта подобно отпечаткам пальцев, специфичных для конкретного человека.

Применении сигнатурного подхода для исследования физико-химических процессов не является простым, поскольку требует, во-первых, приборной реализации для получения таких сигнатур, а во-вторых, развития методов их обработки.

Настоящая работа во многом посвящена созданию приборов - гиперспектрометров и монофотонных датчиков, реализующих идею сигнатурного подхода.

Актуальной является приложение сигнатурного подхода к изучению химической кинетики процессов взрыва и горения. Это быстротекущие процессы, определяемые не только пространственными распределенными характеристиками, но и динамикой химического состава, проявлением которой является сложная зависимость спектра излучения объекта от времени. Актуально создание методики и аппаратуры такого синхронного измерения с разрешением, позволяющим наблюдать все фазы процесса.

Также актуальным является применение сигнатурного подхода в методе молекулярных зондов, представляющих интерес для задач катализа и механо-химии. Такой подход позволяет на порядки ускорить проведение измерений по всему интересующему спектральному диапазону, для всей поверхности исследуемого образца и позволяет проводить корреляционные измерения.

Созданный под системным руководством автора новый класс приборов -монофотонные датчики (датчики УФ-С диапазона) с пространственным и временным разрешением является чрезвычайно актуальным, так как могут использоваться в условиях солнечной засветки для регистрации коронных разрядов на линиях электропередач, регистрировать на большом расстоянии бесцветные пламена и обеспечивать пожаробезопасность промышленных зон.

Согласно часто встречающейся в литературе точке зрения (например у Frederick G. Smith) УФ-С излучение не проходит в атмосфере. Это справедливо для длин волн короче 250 нм, но, согласно проведенным еще 40 лет назад исследованиям в районе Эльбруса Родионова С.Ф., интервал между 250 и 280 нм имеет достаточное для практического применения прохождение. Учитывая неоднозначность литературных данных по прозрачности атмосферы в УФ-С области и обоснования возможности применения УФ-С сигнатурного анализа актуально проведение прямых экспериментальных измерений пропускания УФ-С излучения в атмосфере в различных условиях.

Цель работы.

• Разработать методику сигнатурного подхода к исследованиям поверхностного состояния полупроводников методом молекулярных зондов.

• Создать экспериментальную установку, реализующую методику сигнатурного анализа на основе совместных измерений гиперспектральной аппаратурой и монофотонным датчиком слабых сигналов.

• Провести исследования полимерных пленок и поверхностных состояний полупроводников, подвергшихся неразрушающему лазерному воздействию, методом молекулярных зондов с сигнатурным анализом.

• Доработать экспериментальную установку по исследованию физико-химической кинетики при сжигании сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом в лабораторных условиях путем внедрения сигнатурного анализа кинетики процесса.

• Провести экспериментальные исследования горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом.

• Разработать методику и выбрать системные решения при построении нового поколения монофотонной аппаратуры УФ-С диапазона для сигнатурного дистанционного анализа ела бык пространственно распределенных нестационарных сигналов.

• Создать прототип монофотонного ультрафиолетового датчика для сигнатурного анализа.

• Провести сигнатурный анализ нестационарных УФ-С излучений при горении и других высокотемпературных процессах.

• Провести исследования прохождения УФ-С излучения в атмосфере.

Научная новизна работы.

В работе выполнены следующие оригинальные методические и научно-технические разработки:

• Впервые создан лабораторный прототип гиперспектрометра с сенсором в виде монофотонного время-координато-чувствительного датчика (ВКЧД).

• Разработано новое оригинальное построение регистрирующей монофотонной аппаратуры, реализованное в виде аппаратуры УФ-С излучения.

• Впервые предложена модификация установки для исследования горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом путем внедрения сигнатурной оптико-электронной диагностики. Был изготовлен лабораторный гиперспектрометр.

• Впервые на основе разработанного гиперспектрометра предложен новый сигнатурный вариант метода молекулярного зонда и создан лабораторный стенд, демонстрирующий возможности разработанного метода.

• Впервые методом сигнатурного гиперспектрального анализа проведено исследование полимерных пленок и поверхностных состояний полупроводников, подвергнутых неразрушающему воздействию лазерного облучения.

• Впервые проведены сигнатурные измерения в реальном времени кинетики горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом и получены результаты в виде визуализации химической кинетики взрыва.

• Впервые проведены дистанционные измерения УФ-С сигнатур различных, в том числе нестационарных высокочастотных излучений объектов и исследованы процессы прохождения УФ-С излучения в атмосфере. Вопреки встречающейся в литературе точке зрения об отсутствии прохождения в атмосфере УФ-С излучения, экспериментально показано прохождение даже в сплошном тумане.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Методика построения аппаратуры сигнатурного анализа физико-химических процессов, включающая монофотонные сенсоры нового поколения и гиперспектральные комплексы с монофотонными сенсорами.

• Методика построения сигнатурной версии метода молекулярных зондов при изучении свойств полимерных пленок и поверхности полупроводников, результаты экспериментальных исследований свойств полимерных пленок и поверхностных состояний германия и кремния, подвергнутых лазерному воздействию.

• Методика сигнатурной диагностики изучения кинетики горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом на основе гиперспек-

тральных измерений и результаты экспериментальных исследований кинетики горения и их интерпретация.

• Методика дистанционного исследования сигнатур процессов горения и других высокотемпературных процессов в УФ области спектра и результаты лабораторных и натурных испытаний (сигнатуры горения пламен, сигнатуры разрядов, УФ-С сигнатуры промышленных районов и исследования прохождения УФ-С диапазона в атмосфере в различных условиях, включая туман и осадки).

• Лабораторный прототип гиперспектрометра с сенсором в виде монофотонного ВКЧД.

• Новое оригинальное построение регистрирующей монофотонной аппаратуры, реализованное в виде аппаратуры УФ-С.

• Модификация установки для исследования горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом путем использования сигнатурной оптико-электронной диагностики на основе лабораторного гиперспектрометра.

Достоверность результатов подтверждается следующим:

• Результатами экспериментальных лабораторных исследований, в ходе которых измерены основные параметры разработанных приборов сигнатурного анализа.

• Результатами лабораторных исследований полимерных пленок и поверхностных состояний полупроводников методом молекулярных зондов. Корреляция данных для различных типов образцов (ве и Б!) свидетельствует о справедливости получаемых результатов.

• Результатами натурных испытаний УФ-С сигнатур и полевых исследований по пропусканию атмосферы в УФ-С области спектра.

Научная и практическая ценность работы.

В результате выполнения работы созданы не имеющие мировых аналогов приборы сигнатурного анализа (новое поколение монофотонных сенсоров, гиперспектрометры, в том числе, интегрированные с монофотонным фотоприемником).

Разработанные методики сигнатурного анализа применены для исследования полимерных пленок и поверхности полупроводников на основе нового подхода - сигнатурного варианта метода молекулярных зондов. В результате исследований диагностики неразрушающего воздействия лазерного излучения на поверхность полупроводников показана возможность обнаружения макроскопической области микропластических изменений в приповерхностном слое. Полученные результаты подтверждают информативность метода люминесцентных молекулярных зондов при исследованиях полимерных пленок и дают новую информацию о структурных перестроек в полимерных пленках.

Сигнатурный подход на порядки увеличил скорость проведения измерений.

Разработанные методики применения сигнатурного анализа при проведении экспериментов сжигания сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом позволяют обеспечить кинетическую обработку химических процессов горения. Научное значение результатов заключается в возможности анализа процессов химической кинетики горения с пространственным и временным разрешением. Практическое значение состоит в том, что в результате взрыва происходит преобразование метановой смеси в продукты потребления химической промышленности (водород и СО) и выделяется мелкодисперсная сажа, содержащая нанотрубки (согласно работам Трошина К.Я.), что доказывает - созданный сигнатурный метод диагностики может также служить для контроля технологического процесса получения данных продуктов в промышленном масштабе.

Разработанный сигнатурный подход для дистанционного анализа источников слабого УФ-С излучения имеет не имеющие аналогов свойства - воз-

можность не только пространственного и амплитудного, но и временного анализа. Пример, где применение такого подхода приводит к новым практическим результатам - дистанционная регистрация коронных разрядов, в которых частоты могут достигать сотен Мгц. При дистанционной регистрации горения невидимых или скрытых солнечным фоном пламен разработанный метод УФ-С диагностики обеспечивает качественно новый уровень чувствительности и динамического диапазона. Также проведены исследования прохождения солнечно слепого УФ-С диапазона излучения и получены новые результаты, подтверждающие эффективность прохождения в приземной атмосфере в разных условиях. Данные исследования создают новое направление анализа окружающей среды - сигнатурный УФ-С анализ.

Научное значение разработки данной технологии состоит в возможности ее применения для исследования элементарных физико-химических процессов.

Практическое применение разработки данной технологии и создания новых приборов - в возможности диагностики линий электропередач, энергонасыщенных производств, для создания систем пожаробезопасности промышленных территорий, для поиска пожаров в лесах, для контроля высокоэнергетич-ных процессов горения и взрывов, контроля экологии промышленных зон и выявления экологически неблагоприятных точек и т.п.

Работы по созданию нового поколения монофотонных УФ-С датчиков, использующих современную элементную базу и основанных на достижениях направленного выращивания новых оптических кристаллов, проводились в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы", приоритетное направление Роснауки «Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области индустрии наносистем и материалов». В рамках еще одного приоритетного направления Роснауки "Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области рацио-

нального природопользования", проводились работы по гиперспектральной съемке растений.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• Третьей научно-практической конференции "Современные проблемы фотограмметрии и дистанционного зондирования посвященной 150-летаю фотограмметрии", Москва, 11-12 апреля 2002 г.;

• Выездном семинаре ИКИ РАН " Современные и перспективные разработки и технологии в космическом приборостроении ", Таруса, 25-27 марта 2003 г.;

• Выездном семинаре "Космическое приборостроение ИКИ РАН", Таруса, 7-9 июня 2006 г.;

• На XVII международной конференции "Современная химическая физика", Туапсе, 2005 г.;

• На XVIII международной конференции "Современная химическая физика", 22 сентября - 3 октября Туапсе, 2006 г.;

• На XIX международной конференции "Современная химическая физика", Туапсе, 2007 г.;

• На XX международной конференции "Современная химическая физика", 16 сентября - 26 сентября Туапсе, 2008 г.;

• На 4-й всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 1317 ноября 2006 г.;

• На 5-й юбилейной открытой всероссийской конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" Москва, ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г.

• Конференции International Conference «Imaging», 2006 г., Стокгольм.

• Выставке в рамках XI Петербургского Международного Экономического Форума, 2007 г.

• Выставке в рамках XII Петербургского Международного Экономического Форума, 2008 г.

Публикация материалов диссертации.

По теме диссертации опубликовано 30 печатных работ, включая 7 статей, II тезисов докладов, 12 препринтов и 1 патент. В настоящее время к печати принята еще одна статья автора. Результаты работы представлялись на конференциях. Помимо этого результаты работы докладывались на семинарах в ИКИ РАН, ИПМех РАН, ИХФ РАН.

Личный вклад автора. Все работы, в которых опубликованы результаты диссертации, написаны в соавторстве с коллегами. Все оригинальные результаты, приведенные в диссертации и вынесенные на защиту, получены лично автором, либо при его определяющем участии.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения, списка литературы. Она изложена на 158 страницах и содержит 7 таблиц, 93 рисунка и список литературы из 122 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении обосновывается актуальность темы, излагается цель работы и приводится структура диссертации. Указан личный вклад автора в работу, кратко изложены основные результаты, новизна, научная и практическая ценность работы.

Первая глава посвящена обсуждению основ гиперспектрометрии и монофотонных измерений.

Вторая глава посвящена результатам разработки экспериментального оборудования. В первую очередь рассматривается монофотонный датчик излучения и частиц с высоким пространственно-временным разрешением (Рис.1).

Прибор позволяет регистрировать отдельные фотоны с определением их декартовых координат в плоскости детектора. Благодаря этому появляется возможность исследовать слабые сигналы на фоне сильных, то есть превосходящих их на порядки по интенсивности, так как динамический диапазон ВКЧД практически неограничен.

Рис 1. Монофотонный датчик УФ-С излучения.

Прибор также позволяет определять времена прихода фотонов с точностью до 10~10 с.

Так как прибор имеет пространственное распределение входящего сигнала, то собственный шум в заданной области поля зрения может иметь крайне низкие величины (103 фотона в секунду), что недостижимо ни для ПЗС, ни для обычных ФЭУ, которые из-за шума фотокатода, темнового тока и т.п. имеют относительно слабые характеристики в части отношения сигнал/шум.

Рис.2. Вид лабораторного гиперспектрометра.

Также в этой главе рассматривается разработанный нами гиперспектрометр (Рис. 2). Это прибор нового типа, появившегося сравнительно недавно, позволяющий получать двумерные изображения местности в сотнях спектральных каналов (до 1000) со спектральным разрешением в несколько нм. Созданный гиперспектрометр относится к новому классу измерительных приборов, имеющих уникальные информационные возможности.

В третьей главе рассматриваются результаты работы по изучению неоднородности поверхности полупроводников и полимерных пленок. Это представляет большой интерес для изучения процессов катализа, методом красителей-зондов. Рассматривается возможность перехода от измерений в одной точке к двумерным и, в перспективе, трехмерным измерениям.

В настоящее время уже классическими стали исследования поверхностных состояний методом молекулярных зондов. Традиционно инструментом таких исследований являются установки на базе использования пары монохрома-торов, позволяющих измерять зависимость интенсивности флуоресценции на длине волны А.] при длине волны подсветки 12 в одной точке. Переход от одномерных к многомерным измерениям в таком случае проводится механическим сканированием образца и настроек монохроматора. Недостатки такого подхода очевидны: использование детектора с точечной апертурой существенно ухудшает статистику измерений и значительно увеличивает время измерения; любое

механическое сканирование (тем более, если оно одномерное) не позволяет изучать анизотропные процессы и требует очень жестких требований к стабильности компонент системы и не позволяет проводить одновременно корреляционных измерений. Нами осуществляется развитие такого классического базового подхода путем замены механического сканирования использованием детектирующих приборов нового типа, позволяющих осуществлять координат-но-чувствительные и временные измерения.

Разработана методика измерений, позволяющая в реальном времени получать спектр отраженного и флуоресцентного излучений от выделенной полосы на поверхности образца и обрабатывать его по выбранным областям.

л н

с

с <

1,0 ■ -Г"

0,8 ■ I ~ I -Т"Г

0,6 - I -Л" Г

0,4 I *

Рис. 3. Визуализация гиперспектралъного измерения флуоресценции образца Се, покрытого родамином В. Методом гиперспектрального анализа визуализированы в трехмерном виде зависимости спектров флуоресценции и спектров рассеяния от степени деформации поверхности.

Г

Рис. 4. Визуализация гиперспектрального измерения от нагретого образца полимера.

Изучена также форма спектров флуоресценции молекул органических красителей, внедренных в матрицу сегнетоэлектрического полимера, в зависимости от температуры.

Использованием гиперспектрометра в этой работе достигаются сразу три важных преимущества:

• Нет необходимости в измерениях с использованием термостата, т.к. картина распределения получается за временной промежуток, на котором изменениями температуры можно пренебречь. Малое время измерения в целом снижает суммарное влияние внешних факторов.

• За счёт высокого темпа сбора данных можно в короткие сроки накопить хорошую статистику сигнала, достигая более достоверных экспериментальных результатов.

• Кроме того, за счет создания специального держателя образца, создающего градиент температур вдоль его длины, скорость снятия измерений во много раз выше, чем при точечных методах, т.к. здесь одновременно измеряются свойства для большого количества температур

образца, что позволяет быстро выбирать различные значения градиента, освещенности и т.д.

Впервые методом гиперспектрального анализа визуализированы четко выраженные температурные зависимости спектральных характеристик молекул родамина-С, внедренных в сополимер ВДФ (винилиденфторид), претерпевающий структурные перестройки.

Для трех типов образцов, характеризуемых составом (соотношением ВДФ/ТФЭ (винилиденфторид/тетрафторэтилен)) и предисторией обработки получены:

• Спектры флуоресценции молекул зондов при различных температурах.

• Зависимости интенсивности спектров флуоресценции от температуры.

• Зависимости длины волны, соответствующей максимуму спектров флуоресценции, от температуры.

• Зависимости полной ширины на половине высоты (ПШПВ) спектров флуоресценции от температуры.

В четвертой главе рассмотрено использование монофотонных датчиков УФ-С излучения для исследования атмосферных УФ-С фонов и прохождения УФ-С излучения сквозь атмосферу. Возможность одновременного измерения времени и координат регистрируемых фотонов позволила выделить большое количество, как высокоинтенсивных кратковременных сигналов (Рис. 5), так и слабых длительных фоновых импульсов. Выявлено как индустриальное происхождение части сигналов, так и естественное.

подстанции Чагино

Рис. 5. Дистанционное наблюдении УФ-С излучения Чагинской подстанции в предаварийном состоянии с дальности 3-5 км. Авария на станции произошла через 3 месяца после данного наблюдения.

До сих пор, еще недостаточно данных о прозрачности верхних слоев атмосферы, мало исследована оптическая роль некоторых ее компонент, не разработаны до конца методы экстинкционного анализа атмосферы, недостаточно исследована прозрачность воздуха в очень больших толщах и т. д.

Особенно сложными в методическом отношении являются спектральные исследования прозрачности атмосферы в инфракрасной и ультрафиолетовой областях спектра. В ультрафиолетовой области наиболее резко выявляются многие оптические свойства различных компонент атмосферы (рассеяние, поглощение).

В результате проведенных работ с помощью ультрафиолетовых монофотонных датчиков выявлено, что, в отличие от существующего мнения, атмосфера "аномально" прозрачна для УФ-С (длина волн 250- 280) излучения.

В пятой главе продемонстрированы возможности использования гиперспектральной съемки на примере исследований горения различных топлив методом гиперспектрального анализа и биохимического анализа растительности. Гиперспектрометр позволяет одновременно проводить регистрацию данных во всем заданном спектральном диапазоне.

Рис. 6. Фотография экспериментальной установки для изучения и контроля процессов горения и взрыва Проведена модернизация установки (Рис. 6) путем создания оптической системы регистрации гиперспектральных сигнатур продуктов горения. Таким образом, визуализирован процесс горения во времени в широком спектральном диапазоне.

X, пт

Рис 7. Спектр излучения горящей смеси, полученный через 2.38 мс после воспламенения.

Получаемые спектры излучения (Рис. 7) позволяют определить химический состав горящей смеси в зависимости от времени реакции. Если бы окно на экспериментальной установке было бы большего размера (максимум 420 мм), то были бы также получены спектральные зависимости интенсивности излучения от положения точки горения в камере горения (причем все зависимости получаются для данного момента времени).

В последнем параграфе описана еще одна возможность применения сигнатурного метода для биохимического анализа растительности посредством гиперспектрального мониторинга (распознавания разных видов растений).

Растительные объекты по форме и химическому составу очень разнородны, что можно относительно легко обнаружить, анализируя отраженный спектр растений. Густота и архитектура растительности также влияет на поглощающие и рассеивающие свойства растительного покрова.

а)

Рис.8. Результаты биохимического анализа растительности, а) Фотография комнатного растения, б) Синтезированное из гиперспектральных данных изображение в естественных цветах растения, в) КСЯ (коэффициент спектральной яркости) для растения, в указанной стрелкой точке по рисунку б), г) Вегетационный индекс NDVI (NormalizedDifference Vegetation Index) для растения, визуализированный в псевдоцветах в соответствии со шкалой снизу

Приводятся результаты (Рис. 8), свидетельствующие об эффективности использования гиперспектральных исследований для биохимического анализа растений.

В заключении приведены следующие основные результаты и выводы диссертационной работы:

1) Созданы приборы на базе монофотонных и гиперспектральных технологий, позволившие ускорить во много раз проведение экспери-

ментов на несколько порядков и проводить многопараметрические измерения в реальном времени.

Получены результаты по исследованию с помощью разработанного сигнатурного варианта метода молекулярных зондов поверхностных состояний германия и кремния, подвергнутых лазерному воздействию.

Получены спектры флуоресценции областей образца германия, характеризуемых различным лазерным воздействием. Получены спектры рассеяния областей образца германия и кремния, характеризуемых различным лазерным воздействием.

Получены результаты исследования атмосферных УФ фонов. Выявлены фоновые сигналы как индустриального происхождения, так и естественного (гроза).

Получены результаты исследований прозрачности атмосферы для ультрафиолетового излучения. Выявлено, что, в отличие от встречающегося в некоторых литературных источниках, атмосфера "аномально" прозрачна для УФ излучения.

Исследовано горение различных веществ методом гиперспектрального анализа. Показана возможность по получаемым спектрам излучения определять элементы химического состава в зависимости от времени реакции. Продемонстрирована большая перспективность применения сигнатурного подхода для биохимического анализа растительности.

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах:

Статьи в реферируемых журналах:

1. Родионов А.И., Зубков Б.В., Калинин А.П., Любимов В.Н., Осипов А.Ф., Родионов И.Д., Родионова И.П., Шилов И.Б., Развитие методов многомерных измерений при оптических исследованиях поверхности, Журнал технической физики, том 72, №10, с.67 - 72, 2002. (Rodionov A.I., Zubkov B.V., Kalinin А.P., Lyubimov V.N., Osipov A.F., Rodionov I.D., Rodionova I.P., and Shilov I.В., Development of methods for multidimensional measurements in optical investigation of surface, Technical Physics vol. 47, No 10, pp. 1272-1276, 2002).

2. С.П. Непобедимый, И.Д. Родионов, Д.В. Воронцов, А.Г. Орлов, С.К. Калашников, А.П. Калинин, М.Ю, Овчинников, А.И. Родионов, И.Б. Шилов, В.Н. Любимов, А.Ф. Осипов, Гиперспектральное дистанционное зондирование Земли, Доклады Академии Наук, 2004, том 397, №1, с.45-48

3. Rodionov I., Rodionov A.,Shilov I., Imaging with MCP in molecular beam experiments, Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A,471( 2001) ,pp.239-243

4. A.A. Белов, Б.В. Зубков, А.П. Калинин, С.Н. Криванков, И.В. Крысюк, С.Ф. Модин, А.И. Родионов, И.Д. Родионов, Е.Ю. Федунин, Стенд для исследования однофотонных фотоэлектронных умножителей на основе микроканальных пластин, Приборы и Техника Эксперимента, 2005, № 2, с. 1

5. Д.В. Воронцов, A.A. Ильин, А.П. Калинин, H.A. Коровин, М.Ю. Овчинников, А.Г. Орлов, А.И. Родионов, И.Д. Родионов, Е.Ю. Федунин, Новый класс систем технического активного ЗО-зрения - МДМ-локаторы, Датчики и Системы, 2004, №3(58)

6. C.B. Винценц, В.Б. Зайцев, A.B. Зотеев, Г.С. Плотников, А.И. Родионов, A.B. Червяков, Низкопороговое дефектообразование и модификация поверхностных слоев германия при упругих и упруго-пластических воздействиях импульсного лазерного луча, Физика и техника полупроводников, 2002, том 36, вып. 8, с. 947-952

7. Д.Б. Балтер, A.A. Белов, Д.В. Воронцов, Л.А. Ведешин, В.В. Егоров, А.П. Калинин, А.Г. Орлов, А.И. Родионов, И.П. Родионова, Е.Ю. Федунин, ПРОЕКТ СПУТНИКОВОГО ГИПЕРСПЕКТРОМЕТРА, ПРЕДНАЗНАЧЕННОГО ДЛЯ МАЛОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА, Исследования Земли из Космоса, №2, с. 43-55, 2007

Препринты:

1. Родионов А.И., Винценц C.B., Калинин А.П., Любимов В.Н., Осипов А.Ф., Родионов И.Д., Родионова И.П., Шилов И.Б., Методы многомерного измерения данных при оптических исследованиях поверхности, Препринт ИПМ РАН №685, 28 с, 2001.

2. .Шилов И.Б., Калинин А.П., Родионов А.И., Родионов И.Д., Исследование оптическими методами характеристик сегнетоэлектрических полимерных пленок с внедренным органическим красителем, Препринт ИПМ РАН №686, 27 с, 2001.

3. Воронцов Д.В., Орлов А.Г., Калинин А.П., Родионов А.И., Шилов Й.Б., Родионов И.Д., Любимов В.Н., Осипов А.Ф., Использование гиперспектральных измерений для дистанционного зондирования Земли, Препринт ИПМ РАН №702, 35 с, 2002.

4. Воронцов Д.В., Орлов А.Г., Калинин А.П., Родионов А.И., Шилов И.Б., Родионов И.Д., Любимов В.Н., Осипов А.Ф., Зубков Б.В., Яковлев Б.А. Оценка спектрального и пространственного разрешения гиперспектрометра АГСМТ-1, Препринт ИПМ РАН №704, 36 с, 2002.

5. А.А.Белов, Д.В.Воронцов, Д.Ю.Дубровицкий, А.П.Калинин, В.Н.Любимов, Л.А.Макриденко, М.Ю.Овчинников, А.Г.Орлов, А.Ф.Осипов, Г.М.Полищук, А.А.Пономарев, И.Д.Родионов, А.И.Родионов, Р.С.Салихов, Н.А.Сеник, Н.Н.Хренов, Малый космический аппарат «Астрогон-Вулкан» гиперспектрального дистанционного мониторинга высокого разрешения, Препринт ИПМех РАН №726, 32 с, 2003.

6. А.А.Белов, Д.Ю.Дубровицкпй, М.В.Зверков, В.А.Ильевский, А.П.Калинин, В.И.Козловский П.И.Кузнецов А.Ф.Оснпов, Ю.В.Петрушепко А.И.Родионов, И.Д.Роднонов, Я.К.Скасырский,Л.К.Субботин Е.Ю.Федуннн, Источники УФ излучения на основе катодолюминесценции ионных кристаллов и гетероструктур III-N соединений, Препринт ИПМех РАН № 727, 39с„ 2003.

7. N.Khrenov, R.Salikhov, A.Ponomarev, M.Ovchinnikov, I.Rodionov, A.Kalinin, A.Rodionov, E.Fedunin, A.Belov, A.Orlov, D.Vorontsov The Russian Small Satellite for Hyperspectral Monitoring of the Earth, Препринт Института прикладной математики им. М.В.Келдыша РАН №17, 16с., 2003

8. E.L.Akim, P.Behr, K.Bries, V.V.Egorov, E.Yu.Fedunin, A.P.Kalinin, S.K.Kalashnikov, K.-H. Kolk, S.Montenegro, A.I.Rodionov, l.D.Rodionov, M.Yu.Ovchinnikov, A.G.Orlov, S.Pletner,

B.R.Shub, L.A.Vedeshin, D.V.Vorontsov, THE FIRE 1NFRARED-HYPERSPECTRAL MONITORING (Russian - Germany Proposal for an International Earth Observation Mission) Preprint of the Keldysh Institute of Applied Mathematics, Russian Academy of Sciences. Moscow, 2004, №32, 36 pp. 32 Figures, 5 Tables, 3 bibliographic references.

9. А.А.Белов, Д.В.Воронцов, Б.В.Зубков, А.П.Калинин, A.A.Ильин, А.М.Овчинников, А.Г.Орлов, И.Д.Родионов, А.И.Родионов, И.Б.Шилов, Е.Ю.Федуннн, А.Н.Останний,

C.Плетнер, П.Бэр, С.Монтенегро, Программное обеспечение прототипа распределенной бортовой вычислительной системы, Препринт Института Космических Исследований РАН №2093, 27с., 2003

10. А.А.Белов, Д.В.Воронцов, Б.В.Зубков, А.А.Ильин, А.П.Калинин, A.M.Овчинников, А.Г.Орлов, И.Д.Родионов, А.И.Родионов, И.Б.Шилов, Е.Ю.Федуннн, А.Н.Останний, С.Плетнер, П.Бер, С.Монтенегро, Прототип распределенной бортовой вычислительной системы, Препринт Института Космических Исследований РАН №2097, 26с., 2003

11. А.А.Белов, Д.В.Воронцов, Е.Н.Евланов, Б.В.Зубков, А.А.Ильин, А.П.Калинин, А.М.Овчинников, А.Г.Орлов, О.Ф.Прилуцкий, И.Д.Родионов, А.И.Родионов, И.Б.Шилов, Е.Ю.Федуннн, А.Н.Останний, С.Плетнер, П.Бер, С.Монтенегро, Оценка интегральном дозы облучения космического аппарата на нормированной орбите 500 км, Препринт Института Космических Исследований РАН №2098, 34с., 2003

12. Балтер Б.М., Воронцов Д.В., Егоров В.В., Калинин А. П., Ильин A.A., Орлов А.Г., Остан-ний А.Н., Родионов А.И., Родионов И.Д., Распознавание типов растительности по данным авиационного гиперспектрометра и многоспектрального космического сканера Quickbird, Препринт ИПМех РАН № 834, 2007

Доклады:

1. Ильин А. А. , Шилов И. Б. , Родионов А. И., Построение системы технического 3D-зрения, Третья научно-практическая конференция "Современные проблемы фотограмметрии и дистанционного зондирования", (г. Москва 11-12 апреля 2002г.).

2. Воронцов Д.В., Калинин А.П., Орлов А.Г., Родионов А.И., Шилов И.Б., Родионов И.Д., Любимов В.Н., Осипов А.Ф., Гиперспектральное дис-танционное зондирование Земли, Тезисы докладов третьей научно-практическая конференции "Современные проблемы фотограмметрии и дистанционного зондирования посвященная 150-летию фотограммет-рии", Москва, 11-12 апреля 2002 г.

3. А.А.Белов, Д.В.Воронцов, Б.В.Зубков, А.А.Ильин, А.П.Калинин, А.М.Овчинников, А.Г.Орлов, И.Д.Родионов, А.И.Родионов, И.Б.Шилов, Е.Ю.Федуннн, А.Н.Останний, Выбор структуры программного обеспечения прототипа распределенной бортовой вычислительной системы, Сборник докладов выездного семинара ИКИ РАН «Современные и перспективные разработки и технологии в космическом приборостроении» под редакцией Р.Р.Назирова, Россия, Таруса, 25-27 марта 2003 г., с. 119-130, 2004.

4. А.А.Белов, Д.В.Воронцов, Б.В.Зубков, A.A.Ильин, А.П.Калинин, А.М.Овчинников, А.Г.Орлов, И.Д.Родионов, А.И.Родионов, И.Б.Шилов, Е.Ю.Федуннн, А.Н.Останний.

Выбор структуры прототипа распределенной бортовой вычислительной системы, Сборник докладов выездного семинара ИКИ РАН «Современные и перспективные разработки и технологии в космическом приборостроении» под редакцией Р.Р.Назирова, Россия, Таруса, 25-27 марта 2003 г., с. 131-140, 2004.

5. А.А.Белов, Д.В.Воронцов, Б.В.Зубков, Прилуцкий О.Ф., А.А.Ильин, А.П.Калинин, А.М.Овчинников, А.Г.Орлов, И.Д.Роднонов, А.И.Родионов, И.Б.Шилов, Е.Ю.Федунин, А.Н.Останний. Оценка интегральной дозы облучения космического аппарата на нормированной высоте 500 км„ Сборник докладов выездного семинара ИКИ РАН «Современные и перспективные разработки и технологии в космическом приборостроении» под редакцией Р.Р.Назирова, Россия, Таруса, 25-27 марта 2003 г., с. 141-162, 2004

6. Montenegro, S.; Behr. P. - FhG FIRST, Germany; Rodionov, I.; Rodionov, A.; Fedounin, E. - REAGENT, Russia, Hyperspectral Monitoring Data Processing, IAA, Berlin, April 2003 IAA-B4-071 IP

7. Белов А.А., Воронцов Д.В., Калинин А.П., Овчинников М.Ю., Орлов А.Г., Родионов А.И., Родионов И.Д., Проект космического гиперспектрометра, предназначенного для малого космического аппарата, Выездной семинар Космическое приборостроение ИКИ РАН Таруса, 7-9 июня 2006, Тезисы докладов

8. Родионов А.И., Трошин К.Я., Орлов А.Г., Гиперспектральное исследование ламинарного горения, тезисы докладов XVIII международной конференции "Современная химическая физика", 22 сентября - 3 октября г. Туапсе, 2006

9. Родионов А.И., Калинин А.П., Исследование оптическими методами характеристик сегнетоэлектрических полимерных пленок с внедренным органическим красителем, сентябрь, Туапсе, 2007

10. Родионов А.И., Калинин А.П., Орлов А.Г., Ильин А.А., Биохимический анализ растительности посредством гиперспектрального мониторинга (распознавание разных видов растений), сентябрь, Туапсе, 2008

Патенты:

1. Имеется решение о выдаче патента от 28.06.2008 года по заявке №2007112667/28(013746). Авторы Белов А.А., Калинин А.П., Крысюк И.В., Родионов И.Д., Родионов А.И. Название изобретения: Устройство для генерирования световых импульсов ультрафиолетового излучения.

Литература:

1. Khrenov N.N., Dmitrievsky A.N., Ananenkov A.G., Sheremet V.V., Ponomarev A.A., Rodionov I.D. Hyperspectral Aerospace Monitoring of Pipe-lines and Deposit Areas // Science and Engineering in Gas-Industry, Moscow, 2001, №2-3, pp.37-46 (in Russian)

2. Rodionov I., Rodionova I., Ovchinnikov M., Approaches to Develop the Earth Observing Systems Based on the Turnable Acousto-Optical Filter and Separate Photons Counter with MCP // SPIE, 1997, Vol.3117, №3117-10.

3. Rodionov I., Ovchinnikov M., Microsatellite for Remote Sounding of Environment, Digest of the IAA International Symposium "Small Satellites for Earth Observation", 4-8 November, 1996, Berlin, Germany, pp.225-229.

4. Rodionov I., Ponomarev A. at.all, Active Optical Ecological Monitoring // SPIE Vol. 2107, p.476-494.

5. Rodionov I., Ponomarev A. at.all, Wide Aperture Acousto-Optic Turnable Filters for Visible and UV Lights // SPIE Vol.2449, p.200-207.

6. Ильин A.A., Родионов А.И., Шилов И.Б., Овчинников М.Ю., Непобедимый С.П., Родионов И.Д. Методы математической обработки данных микрорельефного ЗО-датчика (МДМ-локатора). М.: Препринт ИПМ им. М.В.Келдыша, РАН, 2001, №71

7. Воронцов Д.В., Егоров В.В., Калинин А.П., Орлов А.Г., Родионов И.Д., Родионова И.П., Принципы обработки гиперспектралыюй информации и результаты летных испытаний прототипа авиационного гиперспектрометра, Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. «Приборостороение», №4, с 27-37, 2006

8. Б.М.Балтер, В.В.Егоров, А.П. Калинин, А.А.Илыш, А.Г.Орлов, А.Н.Останний, И.П.Роднонова, И.Д.Родионов, Оценка возможностей гиперспектральной съемки для дистанционного обнаружения заданного типа растительности, Препринт ИКИ РАН Пр-2134., 2007

9. В.В. Егоров, А.П. Калинин, И.Д. Родионов, И.П. Родионова, А.Г. Орлов, Гиперспектрометр как элемент системы интеллектуального технического зрения, Датчики и системы №8 (99), с 33-35, 2007

10. Б.М.Балтер, Д.Б.Балтер, В.В.Егоров, А.П.Калинин, В.А.Котцов, А.Г.Орлов, И.Д.Родионов, М.В.Стальная, МЕТОДИКА ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ГИПЕРСПЕКТРАЛЬНЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ, Исследования Земли из Космоса, №5, с. 21-29, 2007

11. С.Ф. Родионов, Электрофотометрнческие исследования атмосферы на Эльбрусе, Гидрометеорологическое издательство, Ленинград, 1970

12. Frederick G. Smith, The Infrared & Electro-Optical Systems Handbook, Atmospheric Propagation of Radiation, V.2, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington USA, 1993

13. Калинин А.П. Развитие метода рассеяния быстрых молекулярных пучков, как инструмента изучения свойств вещества, диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, 2000.

14. Леонас В.Б. Исследование короткодействующих межмолекулярных сил, УФН, т. 107, вып. 1, с.29-56, 1971.

15. Морозов В.А. Времянролетная система для измерения энергетических потерь при рассеянии частице энергией в килоэлектронвольтом диапазоне, ПТЭ, №2, с.64-67, 1989.

16. Дубровицкий Д.Ю., Калинин А.П., Морозов В.А. Изучение упругого и неупругого взаимодействия атомов и молекул методом рассеяния быстрых пучков на малые углы, Препринт №591 Института проблем механики РАН, 51 е., 1997

17. Винценц С.В, Киселев В.Ф. , Левшин Л.В. и др. О механизме миграции энергии возбужденных молекул красителя, адсорбированных на поверхности полупроводника. ДАН СССР, 1984, Т. 274, N. 1, С. 96-99.

18. Билера И.В., Богданов В.А., Борисов, .А., Борунова А.Б., Колбановский Ю.А., Трошин К.Я., Фролов С.М. Образование наноструктур углерода при горении сверхбогатых смесей метана // XVIII Менделеевский съезд по общей и прикладной химии. Тезисы докладов, Москва, 2007. Т.2.С. 131.

19. Борунова А.Б., Трошин К.Я., Стрелецкий А.Н. Образование наночастиц сажи при сжигании богатых смесей метана и кислорода // Сборник материалов III Международного симпозиума. Фуллерены и фуллереноподобные структуры в конденсированных средах. Минск. 2004. С. 208-209.

Для заметок

Заказ № 133/10/08 Подписано в печать 14,10.2008 Тираж 100 экз. Усл. п.л. 1,5

<;'г ч;, ООО "Цифровичок", тел. (495) 797-75-76; (495) 778-22-20 www.cfr.ni; e-mail:¡nfo@cfr.nt

Введение

Глава 1. Разработка сигнатурного подхода для исследования некоторых физико-химических процессов.

1.1. Гиперспектрометрия

1.1.1. Гиперкуб. "

1.1.2. Структура гиперспектральных данных.

1.1.3. Методы обработки гиперспектральных данных.

1.1.3.1. Метод корреляционной обработки результатов гиперспектральной съемки.

1.1.3.2. Метод субпикселыюй обработки результатов гиперснектралыюй съемки.

1.1.3.3. Результаты апробации методов сигнатурного гиперспектрального анализа в натурных экспериментах.

1.2. Монофотонные технологии

1.2.1. Координатно-временные сигнатуры, получаемые с помощью монофотонного детектора.

1.2.2. Гиперспектрометры на базе ВКЧД.

1.2.3. Другие области применения монофотонных приборов.

Актуальность работы.

Исторически исследование физико-химических процессов заключалось в измерении какого-либо параметра этих процессов и вариации этих измерений за счет изменения условий проведения эксперимента. Развитие эксперимента показало ограниченность данного подхода и необходимость активного внедрения многоканальных измерений, которые кроме простого уменьшения времени измерения позволили осуществлять в ряде случаев синхронные измерения, качественно изменившие информативность получаемых данных.

Логическим развитием многоканальных измерений является переход от измерения небольшой совокупности параметров к синхронному измерению многомерных массивов данных. Такие массивы в мировой литературе часто называют сигнатурой объекта исследования, подчеркивая неповторимость данного массива данных и его соответствия состоянию исследуемого объекта подобно отпечаткам пальцев, специфичных для конкретного человека.

Особенность сигнатурного описания заключается в том, что самостоятельно каждый элемент сигнатуры может не нести новой информации об объекте исследования, но в целом многомерный массив данных позволяет получить новую уникальную информацию, которую невозможно получить традиционными методами.

Применение сигнатурного подхода для исследования физико-химических процессов не является простым, поскольку требует, во-первых, приборной реализации для получения таких сигнатур, а во-вторых, развития методов их обработки.

Возможность развития сигнатурного подхода связана с возросшими возможностями информатики, позволяющей проводить в реальном времени обработку сложными алгоритмами больших потоков данных.

Для того чтобы сигнатурный подход стал реальностью необходимо создание измерительных приборов (сенсоров) с многомерным потоком выходных данных, позволяющих описывать изучаемый объект «образом», а не набором простых параметров. Видеоизображение является известным примером такого «образа», но не единственным и, в ряде случаев, не самым интересным для исследования физико-химических процессов.

В настоящее время в приложениях, связанных с дистанционным зондированием, на Западе, в основном в США и Канаде, развивается гиперспектральный метод мониторинга, основанный на измерении многомерных данных — гиперкубов. Метод состоит в измерении коэффициентов отражения падающего на объект светового потока в зависимости от пространственных координат и спектральной координаты в каждой точке поверхности объекта. При этом размерность как пространственных, так и спектральных координат при дискретизации может достигать 1000 и более. После специальной математической предварительной обработки гиперкуба получаются зависимости спектров отражения или излучения (в случае излучающих объектов), по которым, в принципе, можно определить химический состав объекта. Поэтому данный подход можно трактовать как дистанционное химическое зрение. Применение такого сигнатурного подхода имеет огромные перспективы в медицине и биологии для исследования тканей и клеток. Сигнатурный подход имеет широкие перспективы в развитии нанодиагностики, обеспечивая, так называемое, сверхразрешение при проведении субпиксельного анализа.

В традиционных гиперспектральных подходах в качестве чувствительных элементов используются ПЗС матрицы, обеспечивающие высокоскоростной поток данных и их сигнатурную структуру. Такой подход имеет существенные недостатки, связанные, с одной стороны, с ограниченной чувствительностью и динамическим диапазоном матриц, а с другой, - их временной инерционностью. Поэто,му актуальным является создание качественно более чувствительных и скоростных приемников в гиперспектральных системах.

Такие гиперспектрометры, с резко повышенными характеристиками, могут найти обширную область применений в научных исследованиях и практических приложениях.

Одной из областей, где такое применение приводит к революционным изменениям, является метод исследования поверхности — метод молекулярных зондов. В этом методе при традиционном подходе изучается флуоресценция поверхности при освещении одной точки поверхности источником- с длиной волны Я^ и одновременно регистрируется излучение на длине волны Далее измерения повторяются сканированием луча света по двумерной поверхности исследуемого образца, при этом длины волн излучения в каждой точке измерения также сканируются в интересующем исследователя диапазоне. Эти измерения для достаточно большой поверхности образца требуют много времени и для их проведения необходимо использовать источник излучения достаточно большой мощности. Поэтому при традиционных измерениях возможно изменение свойств образца за время измерения. Применение сигнатурного подхода, в рамках которого одновременно проводятся измерения по одной пространственной координате, по всему интересующему спектру длин волн отраженного излучения с хорошим временным разрешением, ведет к возможности неразрушающего контроля поверхности (это особенно важно для исследования живых структур).

Такого подхода в методе молекулярных зондов до исследований в рамках данной диссертации' не было известно. Важность развития неинвазивных методов диагностики поверхности свидетельствует об актуальности развития сигнатурного подхода в методе молекулярных зондов. Первые шаги в данном направлении делаются в данной диссертации. Дальнейшие работы в этом направлении могут провести к возможности использования данной технологии для создания неинвазивной гиперспектральной диагностики нанообъектов.

Для развития данного актуального направления в диссертации была. создана экспериментальная установка, реализующая сигнатурный вариант метода молекулярного зонда и были проведены исследования поверхностных состояний образцов полупроводников — кристаллов кремния и германия, подвергнутых неразрушающему лазерному воздействию.

Актуальным является приложение сигнатурного подхода к изучению химической кинетики процессов взрыва и горения. Это быстротекущие процессы, определяемые не только пространственными распределенными характеристиками, но и динамикой химического состава, проявлением которой является сложная зависимость спектра излучения объекта от времени. Необходимо создание методики и аппаратуры "такого синхронного измерения с разрешением, позволяющим наблюдать все фазы процесса. йз приложений сигнатурного подхода для исследования процессов горения и взрыва отметим важное направление исследований горения обогащенной метановой смеси в лабораторных условиях. Изучение таких процессов интересно в связи с возможностью преобразования первоначальных продуктов в процессе горения в полезные для производства химические продукты.

Актуальным является получение таким способом наночастиц в виде сажи с новыми физическими свойствами [1]. При этом сигнатурная диагностика может быть включена в контур обратной связи для контроля и управления технологическим процессом преобразования метановой смеси взрывом в конечные продукты.

В диссертации эта актуальная задача развивается в рамках работ на экспериментальной установке по сжиганию сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом проведенных на базе ИХФ РАН. При проведении данных исследований установка была модифицирована введением сигнатурной гиперспектральной диагностики. На ней было проведено исследование процессов химической кинетики от начальной стадии взрыва до сажеобразования.

Из инструментов проведения дистанционного сигнатурного анализа физико-химических процессов горения и взрыва также следует отметить новый класс приборов - датчики УФ-С диапазона с пространственным и наносекундным временным разрешением. Такие датчики позволяют дистанционно наблюдать, в условиях солнечной засветки, коронные разряды на линиях электропередач, регистрировать на большом расстоянии бесцветные пламена и обеспечивать пожаробезопасность промышленных зон. Эти датчики можно использовать для экологического мониторинга среды обитания человека, поскольку в городской среде имеется множество источников УФ-С излучения, создающих опасный для здоровья УФ-С фон, по величине превышающий естественный радиационный фон в яркий солнечный день.

Желательно, чтобы кроме пространственного разрешения такие сенсоры обладали наносекундным временным разрешением. Это позволило бы проводить амплитудно-временной анализ регистрируемого сигнала и на этом основании делать заключение о типе источника излучения. Наносекундное разрешение требуется поскольку, например, временные частоты разрядов ЛЭП могут составлять до 200 МГц и их анализ требует отсутствия временной инерционности. Разработанный в диссертации датчик УФ-С излучения, в отличие от имеющихся иностранных аналогов, позволяет проводить такой амплитудно-временной анализ.

Высокий потенциал' практического использования дистанционного УФ-С излучения до последнего времени подвергается сомнению в связи с распространенной точкой зрения об отсутствии прохождения УФ-С излучения в атмосфере. Это справедливо для длин волн короче 250 нм, но, согласно проведенным еще в 50-60х годах исследованиям Родионова С.Ф. [2], интервал между 250 и 280 нм имеет достаточное прохождение. Учитывая сложившуюся в настоящее время точку зрения для доказательства этого утверждения актуально проведение прямых экспериментальных измерений пропускания УФ-С излучения в атмосфере в различных условиях, которые были проведены и результаты которых обсуждаются в диссертации.

Для демонстрации возможностей применения сигнатурного метода для распознавания и биохимического анализа растительности было проведено исследование комнатных растений с помощью разработанного лабораторного гиперспектрометра. С его помощью были получены гиперспектральные данные для 8 комнатных растений. По полученным коэффициентам спектрального отражения были найдены вегетационные индексы NDVI, REP, mCAI. Показано, что использование индексов позволяет проводить предварительное распознавание типов растений.

Представленный выше перечень приложений свидетельствует об актуальности темы диссертации. Цель работы.

• Разработать методику сигнатурного подхода к исследованиям поверхностного состояния полупроводников методом молекулярных зондов.

• Создать экспериментальную установку, реализующую методику сигнатурного анализа на основе совместных измерений гиперспектральной аппаратурой и монофотонным датчиком слабых сигналов.

• Провести исследования полимерных пленок и поверхностных состояний полупроводников, подвергшихся неразрушающему лазерному воздействию, методом молекулярных зондов с сигнатурным анализом.

• Доработать экспериментальную установку по исследованию физико-химической кинетики при сжигании сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом в лабораторных условиях путем внедрения сигнатурного анализа кинетики процесса.

• Провести экспериментальные исследования горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом.

• Разработать методику и выбрать системные решения при построении нового поколения монофотонной аппаратуры УФ-С диапазона для сигнатурного дистанционного анализа слабых пространственно распределенных нестационарных сигналов.

• Создать прототип монофотонного ультрафиолетового датчика для сигнатурного анализа.

• Провести сигнатурный анализ нестационарных УФ-С излучений при горении и других высокотемпературных процессах.

• Провести исследования прохождения УФ-С излучения в атмосфере.

• Провести исследования по биохимическому анализу растительности на основе гиперспектральных данных, демонстрирующие возможности сигнатурного подхода.

Научная новизна работы.

В работе выполнены следующие оригинальные методические и научно-технические разработки:

• Впервые создан лабораторный прототип гиперспектрометра с сенсором в виде - монофотонного время-координато-чувствительного детектора (ВКЧД).

• Разработано новое оригинальное построение регистрирующей монофотонной аппаратуры, реализованное в виде аппаратуры УФ-С излучения.

• Впервые предложена модификация установки для исследования горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом путем внедрения сигнатурной оптико-электронной диагностики. Изготовлен лабораторный гиперспектрометр.

• Впервые на основе разработанного гиперспектрометра предложен новый сигнатурный вариант метода молекулярного зонда и создан лабораторный стенд,'- демонстрирующий возможности разработанного метода.

• Впервые методом сигнатурного гиперспектрального анализа проведено исследование полимерных пленок и поверхностных состояний полупроводников, подвергнутых неразрушающему воздействию лазерного облучения.

• Впервые проведены сигнатурные измерения в реальном времени кинетики горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом и получены результаты в- виде визуализации химической кинетики взрыва.

• Впервые проведены дистанционные измерения УФ-С сигнатур различных, в том числе нестационарных высокочастотных излучений объектов и с помощью монофотонных УФ-С датчиков исследованы процессы прохождения УФ-С излучения в атмосфере. Вопреки встречающейся в литературе точке зрения об отсутствии прохождения в атмосфере УФ-С излучения, экспериментально показано его прохождение даже в сплошном тумане.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Методика построения аппаратуры сигнатурного анализа физико-химических процессов, включающая монофотонные сенсоры нового поколения и гиперспектральные комплексы, как с традиционными, так и с монофотонными сенсорами.

• Методика построения сигнатурной версии метода молекулярных зондов при изучении свойств полимерных пленок и поверхности полупроводников, результаты экспериментальных исследований свойств полимерных пленок и поверхностных состояний германия и кремния, подвергнутых лазерному воздействию.

• Методика сигнатурной диагностики изучения кинетики горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом на основе гиперспектральных измерений и результаты экспериментальных исследований кинетики горения и их интерпретация.

• Методика дистанционного исследования сигнатур процессов горения и других высокотемпературных процессов в УФ области спектра и результаты лабораторных и натурных испытаний (сигнатуры горения пламен, сигнатуры разрядов, УФ-С сигнатуры промышленных районов и исследования прохождения УФ-С диапазона в атмосфере в различных условиях, включая туман и осадки).

• Лабораторные прототипы гиперспектрометров с сенсором в виде традиционной ПЗС матрицы и в виде монофотонного ВКЧД.

• Новое оригинальное построение регистрирующей

I монофотонной аппаратуры, реализованное в виде аппаратуры УФ-С.

• Модификация установки для исследования горения сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом путем использования сигнатурной оптико-электронной диагностики на основе лабораторного гиперспектрометра.

• Демонстрация возможностей сигнатурного подхода на основе исследования биохимического состава растений.

Достоверность результатов подтверждается следующим:

• Результатами экспериментальных лабораторных исследований, в ходе которых измерены основные параметры разработанных приборов сигнатурного анализа.

• Результатами лабораторных исследований полимерных пленок и поверхностных состояний полупроводников методом молекулярных зондов. Корреляция данных для различных типов образцов (ве и 81) свидетельствует о достоверности получаемых результатов.

• Результатами натурных испытаний УФ-С сигнатур и полевых исследований по пропусканию атмосферы в УФ-С области спектра.

Научная и практическая ценность работы.

В результате выполнения работы созданы не имеющие мировых аналогов приборы сигнатурного анализа (новое поколение монофотонных сенсоров, гиперспектрометры, в том числе, интегрированные с монофотонным фотоприемником).

Разработанные методики сигнатурного анализа применены для исследования полимерных пленок и поверхности полупроводников на основе нового подхода — сигнатурного варианта метода молекулярных зондов. В результате исследований диагностики неразрушающего воздействия лазерного излучения на поверхность полупроводников показана возможность обнаружения макроскопической области микропластических изменений в приповерхностном слое. Полученные результаты подтверждают информативность метода люминесцентных молекулярных зондов при исследованиях полимерных пленок и дают новую информацию о структурных перестройках в полимерных пленках.

Продемонстрировано, что сигнатурный подход на порядки увеличивает скорость проведения измерений.

Разработанные методики применения сигнатурного анализа при проведении экспериментов сжигания сверхбогатых смесей углеводородов с кислородом позволяют обеспечить исследование кинетики химических процессов горения с возможностью исследования изменения химического состава смеси в процессе горения. Научное значение результатов заключается в возможности анализа процессов кинетики горения с пространственным и временным разрешением. Практическое значение разработанной методики заключается в возможности контроля технологического процесса преобразования, например, метановой смеси в продукты потребления химической промышленности (водород, СО и выделяется мелкодисперсная сажа, содержащая нанотрубки [3]).

Разработанный сигнатурный подход для дистанционного анализа источников слабого УФ-С излучения обладает не имеющими аналогов свойствами - возможность не только пространственного и амплитудного, но и временного анализа. Пример, где применение такого подхода приводит к новым практическим результатам -дистанционная регистрация и амплитудно-временной анализ коронных разрядов, в которых частоты могут достигать сотен МГц.

При дистанционной регистрации горения невидимых, или скрытых солнечным фоном, пламен разработанный метод УФ-С диагностики обеспечивает качественно новые уровни чувствительности и динамического диапазона. Также проведены исследования прохождения солнечно-слепого УФ-С диапазона излучения и получены новые результаты, подтверждающие эффективность прохождения в приземной атмосфере в разных условиях. Данные исследования создают новое направление анализа окружающей среды — сигнатурный УФ-С анализ.

Научное значение разработки данной технологии состоит в возможности ее применения для исследования элементарных физико-химических процессов.

Практическое применение разработки данной технологии и создания новых приборов — в возможности диагностики линий электропередач, трансформаторных подстанций,-для создания систем пожаробезопасности промышленных территорий, для поиска пожаров в лесах, для контроля процессов горения и взрывов, контроля экологии промышленных ' зон и выявления экологически неблагоприятных точек и т.п.

Работы по созданию нового поколения монофотонных УФ-С датчиков, использующих современную элементную базу и основанных на достижениях направленного выращивания новых оптических кристаллов, проводились в рамках ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы", приоритетное направление Роснауки «Осуществление комплексных проемов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области индустрии наносистем и материалов». В рамках еще одного приоритетного направления Роснауки "Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области рационального природопользования", проводились работы по гиперспектральной съемке растительности.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на:

• Третьей научно-практической конференции "Современные проблемы фотограмметрии и дистанционного зондирования посвященной 150-летию фотограмметрии", Москва, 11-12 апреля 2002 г.;

• Выездном семинаре ИКИ РАН " Современные и перспективные разработки и технологии в космическом приборостроении ", Таруса, 25-27 марта 2003 г.;

• Выездном семинаре "Космическое приборостроение ИКИ РАН", Таруса, 7-9 июня 2006 г.;

• На XVII международной конференции "Современная химическая физика", Туапсе, 2005 г.;

• На XVIII международной конференции "Современная Химическая физика", 22 сентября - 3 октября Туапсе, 2006 г.;

• На XIX международной конференции "Современная химическая физика", Туапсе, 2007 г.;

• На XX международной конференции "Современная химическая физика", 16 сентября — 26 сентября Туапсе, 2008 г.;

• На 4-й всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 13-17 ноября 2006 г.;

• На 5-й юбилейной открытой всероссийской конференции "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса" Москва, ИКИ РАН, 12-16 ноября 2007 г.

• Конференции International Conference «Imaging», 2006 г., .Стокгольм.

• Выставке в рамках XI Петербургского Международного Экономического Форума, 2007 г.

• Выставке в рамках XII Петербургского Международного Экономического Форума, 2008 г.

Основные результаты и выводы

1) Впервые сигнатурным вариантом метода молекулярного зонда исследованы процессы низкопорогового дефектообразования и модификации поверхностных слоев германия при упругих и упругопластичных воздействиях импульсного лазерного луча путем регистрации флуоресценции молекул красителя, нанесенных на поверхность. Метод является современным подходом к дефектоскопии поверхности. Измерения можно проводить в реальном времени, и при исследовании образца макроразмеров возможно определять дефекты на наноуровне. Предложена физико-химическая модель кинетики процесса от создания первичных точечных дефектов до начала роста геометрической гетерогенности поверхности германия при превышении порога воздействия в 70мДж/см2. Впервые сигнатурным вариантом метода молекулярных зондов исследовано влияние температурного градиента на характеристики сегнетоэлектрических пленок с внедренным органическим красителем. Получен важный физический результат, который говорит о том, что величина подвижности пробных молекул зависит от имеющегося свободного объема для диффузии, который значительно уменьшается при температурах ниже температуры стеклования Тет. Подвижности молекул до и после Тст различаются на порядки. Нагрев полимера выше Тст приводит фактически к корреляции между увеличивающейся ролью диффузии и уменьшающейся плотностью полимера. Т.е. предельная подвижность достигается на участке, где вклады от диффузии и малой плотности суммируются.

2) Впервые сигнатурным методом исследованы повреждения в пластинах ве и 81 путем регистрации диффузного рассеяния света. Обнаружен эффект сильного изменения спектрально — дисперсионной кривой в зависимости от повреждения. Геометрическое объяснение этого явления может быть основано на факте образования на поверхности образца линий, структура которых схожа со структурой дифракционной решетки, соответственно это ведет к интерференционным эффектам вызывающем перераспределение спектров отраженного сигнала.

3) Проведены экспериментальные исследование с использованием гиперспектральной диагностики физико-химической кинетики горения метановой обогащенной смеси в бомбе. Из анализа данных измерений обнаружено наличие неравновесных кинетических процессов в первые 20 мсек и переход к сажеобразованию и квазиравновестному состоянию при последующем развитии процесса горения. Сигнатурный анализ может быть основой создания управления процессом горения с целью направленного синтеза продуктов горения.

4) Проведенные экспериментальные исследования прохождения длинноволновой части УФ-С излучения (0.26-0.28 мкм) в атмосфере с использованием разработанного монофотонного датчика с широким полем зрения и высоким пространственным разрешением показали наличие просветления на горизонтальных трассах по сравнению с повышенным аэрозольным рассеянием излучений УФ-А диапазона. Физико-химическая модель, использованная для интерпретации эффекта, основана на предположении о функции распределении диаметров частиц аэрозоля. Обнаруженный эффект открывает широкие возможности использования данного диапазона ультрафиолетового излучения для дистанционного физико-химического анализа процессов горения и взрыва, построения активных и пассивных информационных систем данного диапазона.

5) Для проведения исследований проведена разработка методического аппарата сигнатурного анализа физико-химических процессов, в том числе а) созданы лабораторные и полевые гиперспектрометры для дистанционного сигнатурного анализа пространственно распределенных физико-химических процессов с высоким спектральным и пространственным разрешением, б) создан монофотонный УФ-С датчик с высоким пространственным и временным разрешением для сигнатурного анализа пространственно распределенных слабых нестационарных сигналов УФ-С диапазона. Разработан математический аппарат, обеспечивающий возможность проведения измерений физико-химических процессов и математической обработки данных измерений с использований разработанной аппаратуры сигнатурного анализа.

6) Приведены методические результаты использования методов сигнатурного анализа к изучению других физико-химических процессов (дистанционной диагностики горения пламен и коронных разрядов, дистанционного физико-химического анализа состояния растительности,) продемонстрировавшие перспективность сигнатурного подхода к изучению физико-химических процессов.

Благодарности

В (заключение хочу выразить глубокую признательность и благодарность научным руководителям Шубу Борису Рувимовичу и Калинину Александру Петровичу за постановку задачи, постоянное внимание, помощь и поддержку в работе.

Представленные в диссертации результаты получены в тесном сотрудничестве с коллегами в процессе совместной работы, которым выражаю глубокую признательность.

Диссертация выполнена при частичной финансовой поддержке:

1. Российским фондом фундаментальных исследований (проекты № 97-03-33741 а и № 99-02-82007, №06-08-01576).

2. Международным Научно-Техническим Центром (Грант №2323)

3. ФЦП "Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы": a. Приоритетное направление Роснауки «Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области индустрии наносистем и материалов», Договор № 02.523.123004. b. Приоритетное направление Роснауки "Осуществление комплексных проектов, в том числе разработка конкурентоспособных технологий, предназначенных для последующей коммерциализации в области рационального природопользования", Договор №302/07 от 09.10.2007.

I

5.3.3. Заключение.

Проведенные исследования по распознаванию видов растительности и биохимическому анализу растительности продемонстрировали большую перспективность сигнатурного метода (с использованием гиперспектральных данных).

1. С.Ф. Родионов, Электрофотометрические исследования атмосферы на Эльбрусе, Гидрометеорологическое издательство, Ленинград, 1970

2. А.Б. Борунова, Ю.В. Григорьев, К.Я. Трошин, Формирование наночастиц сажи при горении метана, III Международная конференция по коллоидной химии и физико-химической механике, Тезисы, FP08, 2008.

3. Родионов А.И., Трошин К.Я., Орлов А.Г:> Гиперспектральное исследование ламинарного горения, Тезисы докладов XVIII Международной конференции- Черноголовка, ИПХФ РАН, 2006 с. 114-115,

4. Воронцов Д.В., Ильин A.A., Калинин А.П., Коровин H.A., Орлов А.Г., Родионов А.И., Родионов И.Д., Федунин Е.Ю. Новый класс систем технического активного 3D — зрения МДМ — локаторы // Датчики и системы. 2004. №3. С. 56-61.

5. Непобедимый С.П., Белов A.A., Ильин А.А, Калинин А.П., Овчинников М.Ю., Орлов А.Г., Родионов И.Д., Родионов А.И.

6. Трехмерное техническое зрение на основе монофотонной технологии // Доклады Академии наук. 2006. Т.406, №3. С. 333-336.

7. Kruse, F. A., Predictive subpixel spatial/spectral modeling using fused HSI and MSI data, Proceedings, SPIE Symposium on Defense & Security, 12-16 April 2004 , Orlando, FL , v. 5425, pp. 414 424

8. Rodionov I.D., Rodionov A.I., Shilov I.B. Imaging with MCP in molecules beam experiments // Nuclear Inst, and Methods in Physics Research, 2001, A 15043, v.471, № 1-2, pp.239-243.

9. Morgan J.S., Slater D.C., Timothy J.G., Jenkins E.B. Centroid position measurements and subpixel sensitivity variations with the MAMA detector // Applied Optics, 1989, v.28, № 6, pp. 1178-1192.

10. Грунтман M.A. Координато-чувствительные детекторы, на основе микроканальных пластин // Приборы и техника эксперимента, 1984, № 1, с. 14-29.

11. Marlin С., at al Wedge-and-strip anodes for centroid-flnding position-sensitive photon and particle detectors // Rev. Sci. Instrum., 1981, v.52, № 7, pp. 1067-1079.

12. Culhane J.L. Position sensitive detectors in X-ray astronomy // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1991, A 310, № 1, pp.1-14.

13. Carter M., Patchett В., Read P., Waltham N., van Breda I. New techniques in photon counting detectors // ibid., pp.305-311.

14. Lapington J.S., Breeveld A.A., Edgar M.L., Trow M.W. A novel imaging readout with improved speed and resolution // ibid., pp.299-305.

15. Trow M.W., Lapington J.S., Bentley R.D. Position sensitive detector with wedge-and-wedge readout // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1991, A 310, № 1, pp.344-349.

16. Lampton M. Readout techniques for photon-counting microchannel image systems // Proc. SPIE, 1987, № 3, pp.868-879.

17. Parkinson M. Single photon counting with a microchannel plate intensified integrated diode array // Applied Optics, 1989, v.28, № 11, pp.2087-2092.

18. Biteman V., Guinji S., Peskov V., Sakurai H., Silin E., Sokolova T. at all, Position sensitive gaseous photomultipliers // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 2001, A 474, pp. 205-208.

19. Peskov V., Silin E., Sokolova Т., Radionov I. First attempts to combine capillary tubes with photocathodes // Nuclear Instruments and Methods in Physics Research, 1999, A 433, pp.492-502.

20. Родионов И.Д., Далидчик Ф.И., Книжников М.Ю., Пономарев А.Н., Родионова И.П. Метод быстрых догоняющих пучков в исследовании динамики элементарных химических актов // Химическая физика, 1996, т. 15, № 2, с.40-59.

21. Родионов И.Д., Калинин А.П., Книжников М.Ю., Комнатный A.B., Кругерский М.А. Дифракционные осцилляции в сечениях упругого рассеяния быстрых атомов аргона на аргоне // Химическая физика, 1996, т. 15, №5, с.13-18.

22. Райкунов Г.Г., Родионов И.Д., Самарский A.A., Чернявский Г.М. Новые информационные технологии в задачах космического экологического мониторинга. М.: Препринт ИММ РАН, 1991, № 28.

23. Samarsky A.A., Rodionov I.D., Knizhnikov M.Yu., Ponomaryov A.N. Active optical ecological monitoring // Proc. SPIE, 1993 v.2107, pp.476-494.

24. Родинов И.Д., Тремсин A.C., Ромбеза А.И., Райкунов Г.Г. Математическая модель координатно-чувствительного детектора на основе микроканальных пластин. М.: Препринт ИММ РАН, 1992, № 23. ;

25. Родионов И.Д., Тремсин A.C., Райкунов Г.Г. Математическая модель координатно-чувствительного детектора с координатным коллектором. М.: Препринт ИММ РАН, 1992, № 27.

26. Екушов А.И., Райкунов Г.Г., Родионов И.Д. Координатно-временная информация в задаче о треках. М.: Препринт ИММ РАН, 1993, №4.

27. Екушов А.И., Райкунов Г.Г., Родионов И.Д., Чудов И.И. Выделение изображений на основе координатно-временной информации. М.: Препринт ИММ РАН, 1993, № 5.

28. Ильин A.A., Родионов А.И., Шилов И.Б.;, Овчинников М.Ю., Непобедимый С.П., Родионов И.Д. Методы математической обработки данных микрорельефного ЗБ-датчика (МДМ-локатора). М.: Препринт ИПМ им. М.В.Келдыша, РАН, 2001, №71.

29. Родионов А.И., Винценц C.B., Калинин А.П., Любимов В.Н., Осипов А.Ф., Родионов И.Д., Родионова И.П., Шилов И.Б. Методы многомерного измерения данных при оптических исследованиях поверхности. М.: Препринт ИПМ РАН, 2001, № 685.

30. Калинин А.П., Орлов А.Г., Родионов И.Д., Авиационный гиперспектрометр, Вестник МГТУ им. Н.Э.Баумана. Сер. «Приборостроение» №3, с 11-24, 2006

31. Калинин А.П. Развитие метода рассеяния быстрых молекулярных пучков, как инструмента изучения свойств вещества, диссертация на соискание ученой степени доктора физико-математических наук, Объединенный институт высоких температур РАН, Москва, 2000.

32. Морозов В.А. Времяпролетная система для измерения энергетических потерь при рассеянии частиц с энергией в килоэлектронвольтном диапазоне, ПТЭ, №2, с.64-67, 1989.

33. Дубровицкий Д.Ю., Калинин А.П., Морозов В.А. Изучение упругого и неупругого взаимодействия атомов и молекул методом рассеяния быстрых пучков на малые углы, Препринт №591 Института проблем механики РАН, 51 е., 1997

34. C.B. Винценц, С.Г. Дмитриев, P.A. Захаров, Г.С Плотников. ФТП,31 (5), 513(1997).

35. R.F. Wood, C.W. White, R.T. Young. In: Semiconductors and Semimetals (1984) v. 23.

36. А.Г. Барсков, C.B. Винценц. ФТТ, 36 (9), 2590 (1994).

37. C.B. Винценц, С.Г. Дмитриев, О.Г. Шагимуратов. Письма ЖТФ, 22 (8), 8 (1996).

38. S.V. Vintsents, V.F. Kiselev, G.S. Plotnikov. Phys. St. Sol. (а), 85, 273 (1984).

39. В.Ф. Киселев, С.Н. Козлов, A.B. Зотеев. Основы физики поверхности твердого тела (М., Изд-во МГУ, 1999) гл. 6.

40. В.Б. Зайцев, С.Г. Жидомирова, Г.С. Плотников. Хим. физика, 9 (4), 485 (1990).54. '.Б.Л. Володин, В.И. Емельянов, Ю.Г. Шлыков. Квант, электрон., 20(1), 57 (1993).

41. В.П. Алехин. Физика прочности и пластичности поверхностных слоев материалов (М., Наука, 1983).

42. Винценц C.B., Кашкаров П.К., Киселев В.Ф., Плотников Г.С. Люминесценция адсорбированных органических молекул на поверхности германия и кремния. ДАН СССР 1983, т.268, N 2, С.373-377

43. Зайцев В.Б., Киселев В.Ф., Левшин Н.Л., Новиков В.Н., Поройков С.Ю., Пужляков А.Ф., ДАН СССР 1989. т.304. N3. с.649.

44. Киселев В.Ф., Петров A.B., Плотников Г.С. Сверхпроводимость. Физ. Хим. Тех. Т.4. N4. 1991. с.712.

45. Данилкин A.A., Зайцев В.Б., Киселев В.Ф., Петров A.B., Плотников Г.С. Сверхпроводимость. Физ. Хим. Тех. Т.4. N4. 1991. с.712.1

46. Зайцев В. Б., Киселев В.Ф., Петрухин А.А., Плотников Г.С., Старостин В.В., Поверхность,Физ.Хим.Мех. N10. 1995. с.71.

47. Г.А. Смоленский, В.А. Боков, В.А. Исупов, и др., Физика сегнетоэлектрических явлений. Д.: Наука, (1985), с. 396

48. Левшин Л.В., Салецкий A.M. Люминесценция и ее измерение. 1989, 279 с.

49. Шилов И.Б., Калинин А.П., Родионов А.И., Родионов И.Д., Исследование оптическими методами характеристик сегнетоэлектрических полимерных пленок с внедренным органическим красителем, Препринт ИПМ РАН №686, 27 с, 2001.

50. Michael Biscoglio. Photophysical Studies of Heterogeneous Polymers: The Effect of Crystallinity on the Distribution and Mobility of Probe Molecules in Partially Crystalline Polyethylene, J. Phys. Chem. B, 103 (43), p. 9070 -9079, 1999.

51. Кочервинский B.B., Сегнетоэлектрические свойства полимеров на основе винилиденфторида, Успехи химии, 1999, Том 68, Номер 10, Страницы 904-943.

52. Кочервинский В.В. Глухов В.А. Соколов В.Г. Ромадин В.Ф. Мурашева Е.М. Овчинников Ю.К. Трофимов Н.А. Локшин Б.В. // Высокомолекулярные соединения А. 1988 Т.ЗО. N9.C.1969

53. Кочервинский В.В., Мурашева Е.М. // Высокомолекулярные соединения А. 1991 Т.ЗЗ. N10.C.2096

54. Кочервинский В.В. //Успехи химии 1996.T.68.N10.C.936

55. М. И. Панасюк и В. В. Радченко, Космофизический практикум, Издательство УНЦ ДО, 2005.

56. Frederick G. Smith, The Infrared & Electro-Optical Systems Handbook, Atmospheric Propagation of Radiation, V.2, SPIE Optical Engineering Press, Bellingham, Washington USA.

57. Ильин А.А. , Шилов И. Б., Родионов А.И., Построение системы технического ЗБ-зрения, Третья научно-практическая конференция "Современные проблемы фотограмметрии и дистанционного зондирования", (г. Москва 11-12 апреля 2002г.).

58. Решение о выдаче патента от 28.06.2008 года по заявке №2007112667/28(013746). Авторы Белов А.А., Калинин А.П., Крысюк И.В., Родионов И.Д., Родионов А.И. Название изобретения: Устройство для генерирования световых импульсов ультрафиолетового излучения.

59. Орлов А.Г., "Гиперспектральный датчик оптического и ближнего ИК диапазонов", Датчики и системы, 2008, №5, с. 2-5

60. Lewotsky К., Hyperspectral imaging: evolution of imaging spectrometry, OE Magazine, November 1994

61. Nieke J., Schwarzer H., Neumann A., Zimmermann G., Imaging Spaceborne and Airborne Sensor Systems in the Beginning of the Next Century, SPIE, Vol: 3221, p. 581-592, 1997

62. Nischan M.L., Kerekes J.P., Baum J. E., Analysis of HYDICE Noise Characteristics and Their Impact on Subpixel Object Detection, SPIE Vol.3753, p. 112-123, 1999.

63. Pitts M., Hostetler C., Poole L., Holden C., Rault D., An Airborne A-Band Spectrometer for Remote Sensing Of Aerosol and Cloud Optical Properties, SPIE Vol. 4882, p. 353-362, 2003

64. Shinitser P.I., Agurok I.P., Sandomirsky S., Avakian A., Spectrally adaptive imaging camera for automatic target contrast enhancement, SPIE Vol 3717, p.185-195, 1999

65. Stevenson В. P., Kendall W. В., Stellman С. M., Olchowski F. M., PHIRST Light: A liquid crystal tunable filter hyperspectral sensor, SPIE Vol. 5093, p. 104-113,2003

66. Vane G. et al, Airborne Visible/infrared Imaging Spectrometer (AVIRIS), JPL Publication 87-38, 1987

67. Homma K., Shingu H., Yamamoto H., Shibayama M., Sugahara K., Flight evaluation of hyperspectral and multi-polarizable imaging spectropolarimeter at JAXA, SPIE Vol. 5655, p. 445-453, 2005

68. Якушенков Ю. Г., Теория и расчет оптико-электронных приборов, М.: Логос, 2004

69. Шилин Б.В., Груздев В.Н., Марков А.В., Использование видеоспектральной аэросъеки для экологического мониторинга, "Оптический журнал" том 68, № 12, с 41-48, 2001

70. Егоров В.В., Калинин А.П., Родионов И.Д., Родионова И.П., Орлов А.Г., Гиперспектрометр как элемент системы интеллектуального технического зрения, Датчики и системы №8 (99), с 33-35, 2007

71. Аванесов Г.А., Проблемы аэрокосмической спектрометрии земной поверхности, Исследования Земли из космоса №2, с. 66-75, 1980

72. Хренов H.H., Дмитриевский A.H., Ананенков А.Г., Шеремет В.В., Пономарев А.А., Родионов И.Д., Гиперспектральный аэрокосмический мониторинг трасс трубопроводов и территорийместорождений, Наука и техника в газовой промышленности, №2-3, с. 37-46, 2001

73. Manolakis D., Siracusa С., Shaw G., Hyperspectral subpixel target detection using the linear mixing model, IEEE Transactions on geoscience and remote sensing, v. 39№ 7, p. 1392-1409, 2001.

74. Кучейко А. Российские перспективы в гиперспектре, Новости космонавтики, №7(222), с. 44, 2001.

75. I.D.Rodionov, I.P.Rodionova, M.Knizhnikov, A.Ponomarev, The coordinate MCP photorecever with AOF spectral filtering, European Symposium on Satellite Remote Sensing 2, Paris, 1995,Abstract Book.

76. Vorontsov D.V., Orlov A.G. Kalinin A.P., Rodionov A.I., Shilov I.B., Rodionov I.D., Lyubimov V.N., Osipov A.F. Sub-pixel Processing of the Hyperspectral Measurements. Preprint of the Institute for Problems in Mechanics of RAS, 2002, №703 (in Russian)

77. Воронцов Д.В., Орлов А.Г., Калинин А.П., Родионов А.И., Шилов И.Б., Родионов И.Д., Любимов В.Н., Осипов А.Ф., Использование гиперспектральных измерений для дистанционного зондирования Земли, Препринт ИПМ РАН №702, 35 с, 2002.

78. Воронцов Д.В., Орлов А.Г., Калинин А.П., Родионов А.И., Шилов И.Б., Родионов И.Д., Любимов В.Н., Осипов А.Ф., Зубков Б.В., Яковлев Б.А. Оценка спектрального и пространственного разрешения гиперспектрометра АГСМТ-1, Препринт ИПМ РАН №704, 36 с, 2002.

79. А.А.Белов, Д.В.Воронцов, Б.В.Зубков, А.А.Ильин, А.П.Калинин, А.М.Овчинников, А.Г.Орлов, И.Д.Родионов,

80. Montenegro, S.; Behr. P. FhG FIRST, Germany; Rodionov, I.; Rodionov, A.; Fedounin, E. - REAGENT, Russia, Hyperspectral Monitoring Data Processing, IAA, Berlin, April 2003 IAA-B4-071 IP

81. Родионов А.И., Калинин А.П., Орлов А.Г., Ильин A.A., Биохимический анализ растительности посредством гиперспектрального мониторинга (распознавание разных видов растений), сентябрь, Туапсе, 2008

82. Балтер Б.М., Балтер Д.Б., Егоров В.В., Калинин А.П., Котцов

83. B.А., Орлов А.Г., Родионов И.Д., Стальная М.В., Методика имитационного моделирования гиперспектральных изображенийземной поверхности, Исследования Земли из Космоса, №5, с. 21-29, 2007 г.

84. Asner G.P., Biophysical and Biochemical Sources of Variability in Canopy Reflectance, Remote Sensing of Environment, 1998, v.64, pp.234253.

85. Балтер Б.М., Егоров B.B., Ильин A.A., Калинин А.П., Орлов

86. A.Г., Останний А.Н., Родионова И.П., Родионов И.Д. Оценка возможностей гиперспектральной съемки для дистанционного обнаружения заданного типа растительности. Препринт ИКИ РАН Пр-2134. 2007.30 с.

87. Supplying data users worldwide with low cost, multi-purpose, land remote sensing data into the next century. http://geo.arc.nasa.gov/sge/landsat/17.html

88. QuickBird Satellite Images. http://>vww.satimagingcorp.corn/gallery-quickbird.html115. ^Балтер Д.М., Белов A.A., Воронцов Д.В., Ведешин JI.A., Егоров

89. B.В., Калинин А.П.„ Орлов А.Г., Родионов А.И., Родионова И.П., Федунин Е.Ю. Проект спутникового гиперспектрометра, предназначенного для малого космического аппарата // Исследования Земли из космоса. 2007. №2. С. 43-55.

90. Интернет-ресурс GIS-Lab («ГИС- Лаборатория»). http://gis-lab.info/qa/ndvi.html

91. Rouse J.W. Monitoring the Vernal advancement and Retrog radiation of natural vegetation NASA/GSFCT Type II report, Greenbelt, MD, USA, 1973

92. Oppelt N. Monitoring of plant chlorophyll and nitrogen status using the airborn imaging spectrometer AVIS, Dissertation der Fakultat Geowissenschaften der Ludwig-Maximilians-Universitat Munchen, 2002, 196 p.

93. Oppelt N., Mauser W. The chlorophyll content of maize (Zee Mays) derived with airborn imaging spectrometer AVIS. 8th International symposium "Physical measurements & signatures in remote sensing", 8-12 January, Aussois, France, 2001, pp. 407 -4121.I

94. Lauden R, Rareth G., Doluschitz Analysys of hyperspectral field data for detection of sugar beet diseases, EFITA conference, 5-9 July 2003, Debrecen, Hungary

95. Shafii Y.Z.M., Sallech M.A.M., Ghiyamat A. Hyperspectral remote sensing of vegetation using red edge position techniques, American Journal of Applied Sciences 3(6), 2006, pp. 1864-1871