Способ измерения угловой рефракции атмосферы

Способ измерения угловой рефракции атмосферы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к области угловых измерений, в частности к способам измерения атмосферной угловой рефракции. Цель изобретения - расширение частотного диапазона измерений в область радиочастот. При приеме излучения измеряют амплитуду сигналов при вертикальной и горизонтальной поляризациях измеряемых волн, а угол рефракции находят расчетным путем. 3 ил. (Л С 00 00 со 4ik

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

17334 А1 (19) (11) (5g 4 G 01 N 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3995106/31-25 (22) 20.12.85 (46) 15.06.87. Бюл. У 22 (71) Владимирский политехнический ин- ститут (72) А.С. Медовиков (53) 535.24(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

Ф 542127, кл. С 01 N 21/41, 1975.

Авторское свидетельство СССР

N 739384, кл. С О1 И 21/41, 1980. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ УГЛОВОЙ РЕФРАКЦИИ АТМОСФЕРЫ (57) Изобретение относится к области угловых измерений, в частности к способам измерения атмосферной угловой рефракции. Цель изобретения — расширение частотного диапазона измерений в область радиочастот. При приеме излучения измеряют амплитуду сигналов при вертикальной и горизонтальной поляризациях измеряемых волн, а угол рефракции находят расчетным путем. 3 ил.

1317334, Изобретение, относится к области угловых измерений в атмосфере, в частности к способам измерения атмосферной угловой рефракции как в оптическом, так и в радиодиапазонах.

Цель изобретения — расширение частотного диапазона измерений угловой рефракции в область радиоволн.

На фиг.1 изображен ход излучения в атмосфере; на фиг.2 и фиг.3 — схемы устройств для осуществления предлагаемого способа в оптическом и радиодиапазонах соответственно. Устройство для осуществления предлагаемого способа в оптическом диапазоне (фиг.2) содержит источник 1 света. Излучение неполяризованного света от источника l проходит атмосферу и попадает на телескоп 2, в фокусе которого расположены вращающийся поляроид 3 и фотоприемник 4, который электрически связан с детектором 5 низкочастотных колебаний, на выходе которого установлен измерительный прибор 6. Из-за различия амплитуд фототока при вращении поляро— ида сигнал на выходе фотоприемника содержит низкочастотную составляющую, пропорциональную углу рефракции, поэтому ее измерение в измерительном приборе 6 позволяет определить искомый угол рефракции.

Устройство для осуществления пред-. лагаемого способа в радиодиапазоне (фиг.3) содержит передающую антенну

7, в фокусе которой установлены излучатели радиоволн, ориентированные горизонтально и вертикально, например, в виде диполей. К антенне подключен смеситель 8, на который поступают несущие и модулирующие колебания с генераторов 9 и 10. Радиоволны после прохождения атмосферы принимаются аналогичной антенной 11, с выхода которой сигналы, соответствующие вертикальной и горизонтальной поляризациям, поступают на детекторы 12 и 13.

Выходы этих детекторов подключены к измерительному прибору 14, который измеряет амплитуды токов х„ и il соответственно при вертикальной и горизонтальной поляризациях электромагнитной волны.

Сущность предлагаемого способа заключается в следующем.

Согласно формулам Френеля для волн с электрическим вектором, колеблющимся в плоскости, перпендикулярной плоскости падения, амплитуда

Е преломленной волны равна

2sin Z

sin (Zp + Zq)

5 Дпя волны с электрическим вектором, лежащим в плоскости падения, амплитуда Е преломленной волны !

I равна

2sln Zpcos Zg

sin (Zî+T1)соз(Zp Е1) где Z — угол падения;

Z — угол преломления;

Š— амплитуда падающей волны (фиг.1), Отношение амплитуд Е и Е„ имеет вид:

Е / Е ц = с о з (Š— 7 ) (3 )

При распространении в плоскослоистой среде, каковой является атмос20 фера, т.е. испытав преломление на

k-границах раздела слоев воздуха (фиг.1), имеем:

А-1

Ел/Е„= Г1 соя (Z1 — Zlí)

М=p

Учитывая, что углы Z; близки между собой (4) можно разложить в ряд, ограничиваясь первым членом разложения:

30 (4) 1

1(-1

1п (Е /Е ц ) =

g=o (Z -2 ) =

2о 2 о Е„+22, -2Е„ +...

-2Z „Zg + (6) — (z„-z,) (z, + z„) . (5)

Поскольку Z g — Z = r — угол реф40

Ракции, а Zp + Z 1, = 2Zp + r, то из (5) получим:

r= — — 1п (е /е „))

1 Г 2 (Е Eц)2 о

45 о ц

Энергия электромагнитных волн при обработке сигналов преобразуется в электрические сигналы, поэтому

I 1и — iL

) (7)

50 22о ц где х ц и — амплитуды электрических токов при вертикальной и горизонтальной поляризациях электромагнитной волны;

Zp — зенитное расстояние источника излучения.

Полученная формула свидетельствует, что угол рефракции можно най1317 ти путем измерения и последующего сравнения амплитуд вертикально и го.ризонтально поляризованных волн, прошедших атмосферу (начальные амплитуды волн равны). 5

Предельная точность предлагаемого способа определяется точностью измерения отношения d i/il,,,,что практически составляет величину 10, поэтому f0 ц 9 di 2 06-10 -8 с rl = — (-т-)= - 10

Z i„1,5Z

II

6,6 -10 (8)

Это вполне удовлетворяет современным требованиям к учету рефракции при угловых измерениях. Расчет угла рефракции производят по формуле (7).

Пример. Излучение лазера, поляризованное под углом 45 к горио

20 зонту, пропускали через два поляроида, ориентированных вертикально и горизонтально, а затем пропускали через кювету из органического стекла, в которой находилась вода, а на дне 25 был залит насыщенный раствор поваренной соли. В кювете, таким образом, была создана неоднородная вертикально среда. Лазерный луч искривлялся внутри кюветы на угол 5 31, угол па- 30 о дения Z бып равен 74 18 . На выходе луча из кюветы был установлен фотоприемник (фотодиод), перед которым вращали поляроид. Измеренное с помощью осцилографа отношение сигнаФормула изобретения

Способ измерения угловой рефракции атмосферы путем излучения, приема и последующей обработки сигнала излучения электромагнитной волны, отличающийся тем, что, с целью расширения диапазона измерений в область радиоволн, излучают сигнал электромагнитной волны с равными амплитудами вертикально и горизонтально поляризованных составляющих, после приема сигнала при его обработке выделяют составляющие сигнала при вертикальной и горизонтальной поляризациях электромагнитной волны, измеряют амплитуды сигналов электрических токов i и i при вер)! тикальной и горизонтальной поляризациях электромагнитной волны соответственно, затем измеряют зенитное расстояние Е источника излучения в точке приема, а угол рефракции находят по формуле

1 г ——

2Ео

1(! — 11

1ц

334 4

2 ° лов Л Е /1, было равно 137. Вычисленный угол рефракции составил 5 35

Сравнение этого значения угла рефракции с углом, полученным по фотографии хода луча в кювете, показало их удовлетворительное совпадение в пределах точности измерений 57..

1317334

Составитель С.Голубев

Техред А.Кравчук. Корректор Л.Пилипенко

Редактор А.Ревин

Закаэ 2416/39 Тираж 776 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Проиэводственно-полиграфическое предприятие,г.ужгород,ул.Проектная,4