Способ оптического зондирования объектов в атмосфере

Способ оптического зондирования объектов в атмосфере

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

С01.1ИА ЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (51) 5 (; O l W 1/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCKGIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТОЕННЫИ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 15.03.03. Бил. 1" 10 (21) 4044573/10 (22) 27.03.86 (71) Институт, оптики атмосферы

C0 AH СССР (72) И.С.Балин и В.Н.Лукин (56) Патент СНА Р 4005935, кл. G OI С 3/08, 1975. (54) СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

ОБЪЕКТОВ В АТМОСФЕРЕ.(57) Изобретение относится -к атмосферной оптике и позволяет увеличить дальность зондирования эа счет повышения плотности мощности излучения на

„„SU, 1382219 объекте. От источника I посылается оптическое излучение на объект 4 °

Принимавт рассеянный объектом 4 сигнал по основному и двум дополнительным направлениям, выделяя блоками 6 их фазы. Иэмеряит схемой 8 сравнения временные интервалы, соответствующие равенству значений временной корреля» ционной функции фазы сигнала от основного направления и значений взаимных корреляций фаз сигналов от всех направлений. Блок 10 управления сдвигает основное направление приема на величину вектора с определенными составляющими. 2 ил.

ЯЗВ и19

Изобретение относитсл к области атмосферной оптики и может быть использовано при построении систем оптического эопдиронянил объектов, 5 расположенных в ятмосАере, я также для измерения расстол)н<я до различных объектов, например поверхности планет, с летательных н спускаемых

aIIIIapa I nI) или длл ОГ>н<1ружеиил местоположения движущихся в атмосфере объектов.

Цельл) изобретения лвллется увеличение дальности зондирования за счет пов1<ненил плотности мощности излучения на объекте.

На фнг.1 изображена блок-схема оптической установки длл реализации предлагаеыого способа.

Суть предлагаемого способа закл)3- gg чается в следур)1<гел<.

Поскольку длл увеличения дальности действия локатора необходимо увеличить плотность энерг1п1 излученил в плоскости лоцируемого ОГ>ъектя, то оп- 25 тическое излучение фокусиру от Ila объек в. Присутству))щие всегдя в атмосфере оптические неоднородности на трассе локатор — объект ул<еньщаит эту плотность. Так, среднля интенсив- 3g ность ня осп оптической систел<ы

eI(Q) = ь ь Ц d ð, л(р,)л(р ) ( (ехр(и() ) — и((г)I) из-эа флуктуации фазы S(p) будет существенно отли;<атьсл от вакуумной

7,qg(0) = я где Я= ka /Ь, k = 2в/3, " — длина вол>п< излученил р

<1енил ня входе в среду;

Л(/>) — распределение поля ня источнике.

Влияние флуктуац)п1 Аазы приводит к уменьиеннл) плотности энергии. 45

Используя излучение, ozp eIIIIoe от объекта как опорпос, л<ожно осущест13ить Ядаптlп)11Уи коj)Рекнии1 П1)и зтол1 фазу отряженного оТ объекта сигнала по методу фазового сонрлже>шн, т.е, с обратным знако<1, вводят п исходное распределение, тогда ня фнг.2 показано сопряжение фяэы нину>п.с,l оптического излучения с фазой <.III II;IJla, приия того llo оснонно11у 11енни

>< 1,(P) = Л(()е пос>1<>ду><>гр<31 ????<1<??>11 с будет ряспространлться Г>ез искажения. При этом среднлл ннтснсивн<.сть в области фоку< иронкн будет совпадать с. вакуумным г значением 1 Ва«(0) = 1

Однако опис<и<ный здесь случай предполагает, что адаптивнал коррекция зякл<)чя<>щялся 13 приеме отраженного сигналя, выделении Аазы сигнала и введении в исходное распределение фазы коррекции по методу Аазового сопряг<ения, происходит мгновенно.

Вместе с тем реально имеет место запаздывания по времени между двумя последовательными посылками импульсов оптического излучения локатора, обусловленными конечным временем форми" рованил фяэосопряженного волнового фронта современными техническими средствами.

С учетом временного запаздывания

< между соседними посылками излученил зя счет перемещенил под действием ветра турбулент)п1х неоднородностей атмосферы происходит уменьшение средней интенсивности излучения ня объекте, так что В4<<

П+Ь,ТЛ Чf г . а < У где I — распределение интенсивносв <<к ти на объекте при Аокусировке в вакууме; — временная задержка между импульсами;

V — скорость ветра; г — радиус когерентностп тур,булентной среды между локатором и объектом; я — диаметр приемной апертуры локатора.

Смещение оптических неоднородностей атмосферы под действием ветра приводит к тому, что отраженное от объекта излучение и излучение последувщего импульса проходят через различные неоднородности, 1три этом исчезает статистическая связь между фазой S(r,t) и Аазой в момент времени (t + <,) — S(r., t + С).

Следует учесть тот Аакт, что за время 7 происходит смещение неоднородностей со скоростьи ветра.

Если теперь осуществить, помимо основного направления, прием но двум дополнительным направлениям, Ilяряллельным н равноудялеlIIII.ls n n<:>3>I<)l о направления н рясполо)«енн<.>л< во взаимно верлен>1икуллрн1<х плос><ос<я><, н при этом измерять <Ъязл< си< н<>лон ос13822l9 4

НО!!НОГ О И ДОНО(1ИИТР111эн< 1 (1 И;tits 7 ft JI»? ИИ1( пРи Рлггенстпе AD(7 Jt.fftfé JJP»aft ffff(fif корреляционной функции Аллы сигнллл

Основного нлирлвления

5 (>(x, y, t) S (x, t; + ")7 и значений взаимных корреляций (гглз сигналов от Основного и дополнительного направлений

c Б(х + а),у, t) ° Б (х, у, t,)7

, где Б(х, у ° t) — флэа сигнала основного направления; (х, y) — координаты основного направления в плоскости приема; а расстОяние между Ос 20

НОВНЫМ И ДОПОЛНИ тельными направлениями; (... > — обознлчает вычислесреднеl о э1«7че 25 ния

C Б х,у,t ) - S (x,i(,t +. С, ) )

=- (S(x, у, t). Б (х + а,у,t)) () ) (Б(х,y t,)- Б.(х,у,t, + (,,)) = 30 . = < Б(х,у,t) Б (х,у + It, 1.) > (2) можно измерить временные интервалы

Р, и lg при которых выполняются соотноиения (l) H (2). Если сместить направление распространения излучения параллельно прежнему нлнрлвлеш(в такии образом, что в плоскости приема составляющие вектора смещения рлв)RI 40

7-t, r,I, у„= -/"„г,= "/", где 1 — время между приемом и иоследувщей посылкой оптического излучения, тогда ввиду того, что временная 45 зволвция AR3oBhfx (IJJftt(ктулций c II II з лна с с их пространственной иэменчиностьв, в соответствии с гипотеэои замороженности

ti

S-(г t. + 7) = Б.(г + v; t) получаем, что средняя плотность мощности оптического !fifty teftftft нл объекте (Z(0) > = ?,„, = Ag 55 равняется дифракгпгоииой.

Если между JtpH»11()hl off Ttf÷(1(.Koãî излучения и пос IJIK(й иэлуч»иия c co

ПР (ж(fffiiil"I (ih17(.l! (l ° tt t т (t(» (О 11 ff(1((.ИНО» злилздг,!вани(ил,1, млк(:!С(;1.1(,ил(1 плотность г(О!11(ос(и иэггч(»ни!1 ил Объекте ги(рлжл»тсл формулой (T(0) 7 — """„,,-,,(3) (1+3, 5? г- (г! 7 1(1 о где V—средняя скорос7ь ветра поперек Tp7ccf. эощшров7ння; радиус когерентиости лтмосфеР1.1 j а — размер лнертуры локлтора.

Если измерения Алэы отраженного сигнала проводить, помимо основного напр<\Влепил 1 Одновременно пО двум донолнител Jthfhf напрлнлениям, параллельным, рлвноудллешгым от основного направления н расположенным во взаимно перпендикулярных плоскостях, иэиерить времешгые интервалы Я, и 0 соответствувщие (l) и (2) равенствам значений временной корреляционной фуНКЦИИ (грЛЗЫ СИГНЛЛЛ От ОСНОВноГО Направления и эначешгй взаимных корреляций Лаз сигналов от основного и дополнительных направлешгй, затем. сместить параллельно ось основного направления относительно прежнего положения таким Образом, что в плоскости приемл состлвлявпие вектора смещения рлвнгt произведениям отнонений времени между приемом и последующей посылкой Оптического излучения к по1. лученным временным интервлл,7м коррекЦ111t t. 1 H (, 1 1111 В»JIII 111!IV p;1 С (тОЛ НIIЯ между основным и доиОлнитель!пгми напрлвлени11мн, удается сформировать в плоскости объекта р7снределение средней IIJIQTHocTJf мощности излучения (4) равной дифракционной.

Способ реализуется следу11щим Образом (см. Лиг.l).

Источник l излучен11я через формирувщув оптику ? и нолупроэрлчнув пластинi 3 Itocf JJJ 7o Оптическое JIÇJI чение нл Объект 4. P,7(.сея!пи (й Объек тОм сигнал приемно!1 cHcT(iмой 1 лрн» нимается,одновременно по основному и двум дополнитеJII fthtM нлнрлвлешгям.

Блоки 6 выделлвт Аллы пришгмлемых оптических сигнллои, в1.1 и(сляв7 Iloсредством блока 7 врем(-ги(ув к(рр("ляЦИОННУВ АУНКЦИИ фЛЗЫ СИГII;1J17 ff(О»в новпому нлпрлвлегигв и oí,7ttt иия H л имн(,1х корреляги(й глэ сигиллон 11(О(«

)38 7)Я я ь

dY

77 яС.hx =""- и

n„„

Способ оптического зондирования объектов в атмосфере путем посылки

Соста rrr ель N,Ëëåèèí

Редактор С.Рековл Техред A.Êðàâ÷óê Корректор О,Кундрик

Заказ 1959

Тирах Подписное

И)КП1И Государственного комитета СССР по делам изобретений н открытий

))3035, ))осквл, >К-35, Ряушскля наб., д,4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектнл»,4 новному и каждому из дополнительных направлений.Схемы 8 сравнения нэ усло) вия равенства значений временной корреляционной функции фазы сигналя ос»о»5 ного нлпрлвления и зпяченнй взаимных корреляций определяют величины временных интервалов, и . Блок 9 деления формируют двл,шслл, рлвные / С,, i„/ i), здесь л и 7 - посто- )0 янные множители. Блок )0 управления смещения приемной апертуры сдвигает основное направление приема на величину вектора, состявляищие которого соответственно равны 15

Оа (— — ")

С

Источник 1 оптического излучения формирует следуищий импульс оптического излучения, фаза которого посредством адаптивного оптического элемента сопряхепа с фазой сигнала, принятого по основному направлении (см. фиг.2). Схематически изображены формирувщий излучение объектив 11, полупрозрачна» пластина 12, плоское зеркало 13, адаптивное зеркало 14 и блок управления адаптивным зеркалом 15. !

Формула изобретения нмпульсл оптического излучения лазера, приема отряженного объектом сигнллл и выделения его флзы, последуищей посылки импульсл оптического излучения с фазой, сопряхенной выделен ной, о т л и ч а и шийся тем, что, с цельи увеличения дальности зондирования эа счет поньпчения плотности мощности излучения нл объекте, прием отраженного сигнала осуществляют в плоскости приема одновременно по двум дополнительным нлпрявлениям, равноудаленным от основного направления приема оптического излучения и расположенным во взаимно перпендику-. лярных плоскостях, . измеряют временные интервалы nr,, и 7< при равенстве значений временной корреляционной функции фазы сигнала от основного направления и значений взаимных корреляций фаэ сигналов от основного и дополнительных направлений, смещают основное направление относительно прежнего положения в плоскости приема нл положение, определяемое координатами с учетом величин где а — расстояние между основным и дополнительным направлениями;

i — время между приемом и посылкой оптического излучения.