Способ определения угла рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка и устройство для его осуществления

Способ определения угла рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка и устройство для его осуществления

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Изобретение относится к измерительным устройствам и позволяет измерить угол вертикальной рефракции. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения. Способ заключается в определении флуктуаций угла прихода отраженного от объекта наблюдения светового пучка, преобразовании его колебаний в электрические сигналы, фильтрации сигналов на двух частотах, выбираемых в инерционном интервале, измерении флуктуации на этих частотах, определении частоты, соответствующей максимуму флуктуаций, определении давления, температуры воздуха, дальности до объекта, типа стратификации атмосферы, средней высоты светового пучка над поверхностью и определении угла рефракции по приведенной формуле. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АBTOPCHOMY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

Il0 ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4116737/24-10 (22) 10.09.86 (46) 30.04.89. Бюл. № 16 (71) Московский электротехнический институт связи (72) А. П. Жилинский и Е. А. Соколов (53) 535.322.4 (088.8) (56) Дементьев В. Е. Определение вертикальной рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка.— Квантовая электроника, 1982, т. 9, с. 789 — 790.

Носов В. В., Поплаухин В. Н. и Трубачеев 3. А. Метод измерений флуктуаций смещений оптических изображений в приземном слое.— В сб.: VII Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере, тез. докл., ч. 3, Томск, 1981, с. 38 — 41. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА

РЕФРАКЦИИ ПО ФЛУКТУАЦИЯМ УГЛА

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано для определения угла рефракции при визировании на объекты в устройствах оптической связи, приема и передачи информации, устройствах лазерной локации, пассивных оптических системах и т. п.

Цель изобретения — повышение точности и сокращение времени измерения за счет проведения измерений в высокочастотной области флуктуаций угла прихода светового пучка.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 — зависимость флуктуации угла п р и хода от ч а стоты.

„„SU„„1476343 А1 (51) 4 G 01 1 1/44, G 01 W 1/00

ПРИХОДА СВЕТОВОГО Г1УЧКА И УСТPOACTBO ДЛЯ ЕГО ОСУ1ЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится 1 измерительным устройствам и позволяет измерить угол вертикальной рефракции. Цель изобретения — повышение точности и сокращение времени измерения. Способ заключается в определении флуктуаций угла прихода отраженного от объекта наблюдения светового пучка, преобразовании его колебаний в электрические сигналы, фильтрации сигналов на двух частотах, выбираемых в инерционном интервале, измерении флуктуации на этих частотах, определении частоты, соответствующей максимуму флуктуаций, определении давления, температуры воздуха, дальности до объекта, типа стратификации атмосферы, средней высоты светового пучка над поверхностью и определении угла рефракции по приведенной формуле. 2 с. п. ф-лы, 2 ил.

Электромагнитное излучение, например, от источника оптического излучения или отраженное от объекта наблюд llliH принимают с помощью оптической системы.

После приема излучения преобразуют флуктуации угла прихода излучения в электрический сигнал известными методами, например с помощью фотоэлектрических датчиков, и фильтруют электрический сигнал на частотах u>i и (o> >(фиг. 2), выбираемых в области инерционного интервала частот от со„,„, до ь..«.... (1, фиг. 2), где <о.> частота, соответствующая диссипации энергии и (g. « - --6,3 1О с

3 — 1

Выбор частот ьп и ы в области инерционного диапазона позволяет сократить время

1476343

С вЂ” структурная характеристика атмо2 сферы;

L — дальность до объекта или источника излучения;

L, — внешний масштаб турбулентности, позволяет сократить время измерения примерно на два порядка и повысить точность измерения угла рефракции за счет учета статистики распределения углов прихода.

По полученным данным значений флуктуаций угла прихода на частотах со и со определяют поперечную скорость V, по значению которой определяют значение частоты со„(фиг. 2) по выражению, получаемому из (1) при разложении его в ряд при D - -0 и дифференцировании по со, т. е. со, =1,853 —.

L0

Далее по полученному значению со,„ определяют тип стратификации атмосферы

20 и принимают устойчивый тип стратификации, например, при со,„(соо и неустойчивый при со-)соо, где 145(соо(190 с

Измеряют давление, температуру воздуха в точке наблюдения известными методами. Измеряют также дальность до объекта, например оптическим методом, и вычисляют угол рефракции по формуле

0,6057 БИ (М)Ы f1+(— — — -)

r 1 07 V г/3 . =Ь "Г-0,19 10 + сс1 с.о () — / q/s у 7з и Is г сд0 ч >/2. (0,0652) (2я") P K>h L V p Q1+cos- — ) где V — поперечная по трассе скорость ветра, определяемая из уравнения а (Ь вЂ” 1)Ц +4Ьа М, дсд +6Ьа сд Ад +4Ьа сд,Ад +ба с)сд аа (Ь-1) М, +2bazt>+bazcYCO

Wn(< I) со, 3. где 6= — ; 6(0=c0> — со), а2

Wu(>2) со 2

= — 0,4967; а, =0,03705.

Устройство (фиг. 1) для осуществления способа содержит оптическую систему 1, 45 которая состоит из последовательно установленных линзы 2 и светофильтра 3, датчик 2 флуктуаций углового положения светового пучка, который установлен в фокусе линзы 2, блок 5 перестраиваемых фильтров, блок 6 задания исходных данных, блок 7 50

sgnA, вычислитель 8, индикатор 9. В качестве датчика 4 флуктуаций углового положения светового пучка может быть использован

) например, фотоэлектрический позиционночувствительный датчик или на основе матричных элементов. Блок 5 перестраиваемых фильтров состоит из перестраиваемых фильтров, настраиваемых на частоты, соответствующие интервалу инерционного диапазона измерения, а также учесть изменение частотного спектра, которое зависит от времени.

После фильтрации на двух частотах со и со измеряют амплитудные значения флуктуаций WÄ(vi) и WÄ() угла прихода в области инерционного диапазона частот (2, фиг. 2) определить значение флуктуаций угла прихода на низких частотах, т. е. в области со(со„(3, фиг. 2), и определить тем самым угол рефракции.

Использование закона распределения флуктуаций угла прихода W (со), например, для случая плоской волны

1 з!зД

W,(ñî) = 0,0652, (1 — cos P< где со — круговая частота;

D — диаметр апертуры;

V — поперечная по трассе скорость ветра, м/с; частот (область частот 6,3 10 — 6,3 )(X10" с ).

Блок 6 задания исходных данных может быть выполнен в виде пульта управления, на котором оператор устанавливает предварительно полученные данные о температуре, давлении воздуха, дальности до объекта, значение опорной частоты соо. В качестве блока 6 может быть использована также входная шина вычислителя или магазин сопротивлений с источником питания.

В качестве вычислителя 8 используется любой вычислитель, реализующий алгоритм вычисления по выражениям (2) и (3).

Предложенный способ определения угла рефракции реализуется следующим образом.

Световой пучок (фиг. 1) от источника излучения или отраженный от объекта наблюдения принимается с помощью оптической системы 1, в фокусе которой установлен

1476343 формула изобретения

О, 605 Тг О);)1 (u)) u) (1+ () уг, >/3 1 0П „2,/з

Г б

0)-) Lo Ð 1 т ) > —,/а /з г)з /2 >/6/ Ю

Г -0 19.10 + — ) Э (0 0652) (2i) РКхй L V +(1-cos(— )j где W,(0)) //

P

0

LО

Фиг. 7 датчик 4 флуктуаций угла прихода светового пучка. Измерение угла прихода светового пучка производится путем преобразования оптического сигнала в электрические сигналы, которые после фильтрации в блоке 5 перестраиваемых фильтров подаются на второй и третий входы вычислителя 8.

Частоты 0) ) и 0)г выбирают возможно ближе к частоте (0)) диссипации для уменьшения времени измерения. Определение типа стратификации атмосферы производится путем сравнения оз„, получаемой в вычислителе 8, с опорной частотой 0)0, значение которой может быть задано в зависимости от типа измерительной трассы или исследуемой среды. Получаемый на выходе блока

sgnh, знак разности значений частот 0)0 и оз.„поступает на вход вычислителя, который выдает на индикатор 9 значение угла рефракции. флуктуаци и угла прихода на ч а стоте 0); круговая частота; значение радиана в секундах; температура воздуха; давление воздуха; поперечная скорость ветра; диаметр приемной апертуры; дальность до объекта; средняя высота светового пучка над поверхностью; внешний масштаб турбулентности; постоянный коэффициент.

2. Устройство для определения угла рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка, содержащее последовательно соединенные оптическую систему и датчик

1. Способ определения угла рефракции по флуктуациям угла и р и хода светового пучка, заключающийся в приеме и измерении флуктуаций угла прихода светового пучка, прошедшего исследуемую среду, определении типа стратификации атмосферы, измерении давления, температуры воздуха, дальности до объекта, средней высоты светового пучка над поверхностью и вычислении угла рефракции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокрагцения времени измерения, флуктуации угла прихода измеряют на двух частотах, выбираемых в инерционном диапазоне, определяют поперечную скорость ветра и частоту, соответствующую максимальному значению флуктуаций угла прихода светового пучка, ));: .:; . фракции вычисляют по формуле флуктуаций углового положения светового пучка, а также вычислитель, индикатор, блок задания исходных данных, соединенный Ilt ðвым выходом с первым входом вычислителя, первый выход которого соединен с входом индикатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, в него введены блок определения знака и блок перестраиваем ых фильтров. первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом датчика флуктуаций углового положения светового пучка и с вторым выходом блока задания исходных данных, а выход — с вторым входом вычислителя, первый и второй входы блока определения знака соединены соответственно с третьим выходом блока задания исходных

40 данных и с вторым выходом вычислителя, а выход — с третьим входом вычислителя.

1476343

Составитель С. Юдин

Реда ктор М. Кел ем еш Техред И. Верес Корректор М. Самборская

Заказ 2117/43 Тираж 467 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

1 13035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-издательский комбинат «Г1атент», г. Ужгород, ул. Гагарина, 101