Способ определения прозрачности атмосферы

Способ определения прозрачности атмосферы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБВЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. свид-ву(22)Заявлено 17.11.80 (21) 3006908/18-10 с присоединением заявки № (23) Приоритет—

Опуоликовано 28.02.83. Бюллетень № 8

Дата опубликования описания 28 02 83

Со1оз Советских

Социалистических

Республик (1i) 10009S4 (54)М. Кд.

0 01 М 1/00

Гееудерстееииый кемитет

СССР йе делам иэееретеиий и етерытий (53) УДК 551 ° 508. .92(088.8) . (72) Автор изобретения

В. H. Иаричев

Институт оптики атмосферы Томского ф

Сибирского отделения АН СССР (71) Заявитель (4) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ АТМОСФЕРЫ

1

Изобретение относится к анализу состояния атмосферы оптическими мето" дами и может быть использовано для дистанционного определения прозрачности атмосферы, информация о которой нужна аэропортовым службам, в метеорологии, для контроля загрязненности атмосферы и для прогноза работы локационных оптических систем и систем оптической связи.

В

Йэвестен способ определения проз- рачности атмосферы путем посылки s атмосферу в нужном направлении оптического излучения и приема рассеянного воздухом или объектом в сторону приемника излучения с последующей регистрацией полностью .поступившего на приемник излучения. Прозрачность атмосферы находится из формул

Р(М-А — P 80 (й)Т (Р) (1) для" случая рассеяния излучения слоя", ми воздуха и

Π— 0 „8„о-2 R) ( для случая отражения излучения от

I объекта, где P(R) - мощность и инимаемого

P сигнала;

P0 - мощность начального излучения;

В - расстояние;

А.т,А - аппаратурные константы;

f5180О(Rj- коэффициент рассеяния из лучения воздухом в направлении приемника;

T 180 — коэффициент отражения о излучения объектом в на" правлении приемника.

Однако для однозначного опреде" ления прозрачности атмосферы по фор" мулам (1 ) и (2 ) требуется знание параметров А1, р 180 или А2, 180

Так,для определения аппаратурных

eL=, (Ь)

"ТПС1Х

3 f0609 констант А „ и А2 необходимо проведение спациальных калибровочных измерений, а для нахождения величин р ри ) ®оявляется вынужденным исполь- зование приблизительных предположений о рассеивающих свойствах сред или проведение их измерений другим< независимыми способами. Указанные недостатки ведут к увеличению погрешности определения прозрачности Е атмосферы, Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемому является способ определения прозрачности атмосферы пу- 1% тем посылки в атмосферу оптического излучения, приема отраженного об" ратно излучения и суждения о прозрачности атмосферы по положению мак симума принятого сигнала, причем по- 26 сылают линейно поляризованный световой пучок, из рассеянного в обратном направлении выделяют деполяризованную компоненту, деполяризованную компоненту усиливают пропорционально у квадрату текущего времени.

Операция выделения деполяризованной компоненты вносит в измерения погрешность, кроме того, используется только часть сигнала, операция уси- © ления принимаемого сигнала пропорционально квадрату текущего времени также вносит дополнительные погрешности.

Цель изобретения - повышение точности определения прозрачности атмосферы.

Поставленная цель достигается тем, что согласно способу определения прозрачности атмосферы путем посыпки в атмосферу оптического излучения, приема отраженного обоатно излучения и суждения о прозрачности атмосферы по положению максимума принятого сигнала, посылают непрерывное излу,, чение, измеряют распределение интенЩ сивности принимаемого излучения в плоскости изображения освещенного рассеивателя и определяют расстояние от точки с максимальной интенсив" ностью до точки, образуемой пересе- @ чением фокальной плоскости приема с осью, проходящей параллельно оптической оси зондирующего луча через центр приемного объектива.

84, рованный луч 2 с начальным диаметром

d@ и расходимостью 28. Рассеянное атмосферой излучение падает на приемный объектив 3 и фокусируется им в плоскости изображения, проходящей перпендикулярно плоскости чертежа по оси Z. Оптические оси передатчика

4 и приемника 5 на чертеже расходятся под углом Ц, они также могут быть параллельными или сходиться. Участок трассы К В2,освещенный зондирующим лучом 2, отобразится в плоскости изображения участком Z> Z<, а в целом зондируемая лучом 2 трасса отобразится сегментом б в плоскости изображения, причем оптической оси

4 будет соответствовать ось Z, которая будет являться осью. симметрии сегмента 6.

Освещенность площадки Е в зоне сегмента 6 будет определяться формулой

Р 5 (й)т (й) Р ,Е =К,(3,} "< f (8.+™ М где Ро - мощность начального излучения ф <(Р) - коэффициент рассеяния Йзлучения воздухам в направлении приемника;

1(Й)- прозрачность атмосферы;

S,f - площадь и фокусное расстояние приемного объектива .

К - коэффициент пропускания приемно-передающей систем;

b - расстояние между оптическими осями приемника и передатчика (т.е. база лидара ), При выполнении условий

< оМ 2Rtg9 ®

Р р, (К) т (R) A .

Е= 7 (5)

МЬК d т.е. освещенность прямо пропорцйональна произведению )by(R)T2(R)В, Данное обстоятельство позволяет находить коэффициент экстинкции на сравнительно однородных трассах

p@(R) " const, поскольку из условия (dE/dR)=0 имеем

На чертеже приведена схема, поясняющая суть способа. Передатчиком

1 в атмосферу посылается коллимигде пространственная координата

R с,„ соответствует координате точкй максимальной освещенности Упк„„.

4 р инатами R u Z Д пРиведеннаЯ к входУ пРиемной си

Связь между координатами и определяется поперечным и угловым, . стемы пороговая мощность фпрс on" увеличением приемной системы и эа- ределяется, как писывается как

Тогда отношение сигнала к шуму представится в виде

Отсюда

Р fbsinY+

gR) Е й) 5 (< j поР Р

Формула изобретения

P(R) = Е(Е) ° S>

1 (б)

Таким образом, измеряя распреде-. ление интенсивности принимаемого сфокусированного излучения в плоскости иэображения освещенного рассе.ивателя по максимальному сигналу на- 20 ходят координату Z>, по которой определяют .коэффйциент экстинкции

0, т.е, поозрачность атмосферы T(P)=

«g -d.R

Рассмотрим возможности реалиэа- 2З ции способа. Условия (,4 ) выполнимы, когда используются лидары с большим диаметром выходящего луча и его малой расходнмостью или для малых расстояний R. Реальными для лидаров мо- 3о гут быть взяты 4 / 1м, 29 =10 "рад.

Задаваясь, например порогом 2Rtg8>10, имеем R 4 1 км.. Отсюда следует, что рабочая, просматриваемая лидаром зона составляет радиус примерно 1 км, а,сам лидар, согласно (б ), позво ляет определять коэффициенты экстинк:ции 0)y 0,5 км ", т.е. работать в замутненной атмосфере.

Оценим отношение сйгнала к шуму 4в для рассматриваемого лидара. Зададим следующие типичные для лидара и атмосферы параметры: о(0,5 км ",ф =.

12 1W стер. ", b=f=1 м, K=0,7, диа метр приемного телескопа 0=0,4 м. Пусть в лидаре используется лазер с длиной волны 3 =0,5 мкм и мощностью ,Р©= 5 Вт, работающий в непрерывном

М режиме. Для Л =0,5 мкм является вполне достижимой пороговая мощность фотоприемников Р ц = 10"ОВтГц " . Определим полосу пропускания регист" ратора . М = 100 Гц. Тогда, если сиг- нал регистрируется с площадки S (зададим диаметр регистрирующей диафрагмы h Z 2 мм), мощность светового сигнала запишется, как

Подставляя значения приведенных выше параметров в формулу (11), получим

Р(К)ф„,Р=1,3 10-. .г R.Т . для значений R=10, 100, 200, 500 и 1000 м отношение сигнала к шуму составит

l3, 117, 213, 394 и 478 соответственно. Из приведенных расчетов видно что мощность полезного сигнала значительно превышает мощность шума.

Операция измерения интенсивности принимаемого излучения в плоскости изображения освещенного рассеивателя может выполняться несколькими способами, например, сканированием фотоприемника с малой приемной апертурой, сканированием малой диафрагмы, через KQTopye излучение:проходит на неподвижный фотоприемник, размещением в плоскости изображения матрицы диафрагм и регистрацией с них сигна" лов соответствующими фотоприемниками.

Таким образом, показана методическая и аппаратурная реализуемость спо" соба.

Предлагаемый способ позволяет уп" ростить методику измерений коэффициента экстинции (т.е. прозрачности атмосфера ) и повысить точность его определения.

Способ определения прозрачности атмосферы путем посылки в атмосфе- . ру оптического излучения, приема отраженного обратно излучения и суж дения о прозрачности атмосферы по положению максимума принятого сигнала, о т л и ч à ю шийся тем, что, с целью повышения точности, посылают непрерывное излучение, измеряют. распределение интенсивности принимаемого излучения в плоскости изображения освещенного рассеивателя и определяют расстояние от точки с макСоставитель В. Агапова

Редактор И. Ковальчук Техред И.Коштура Корректор А. Дзятко

Заказ 1381/50 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

-по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород., ул. Проектная, 4 симальной интенсивностью до точки, образуемой пересечением Фокальной плоскости приема с осью, проходя1000984 8 щей параллельно оптической оси зондирующего луча через центр приемного объектива.