Способ определения прозрачности атмосферы
Иллюстрации
Реферат
Оп ИСАНИЕ
ИЗОБРЕТЕН ИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
Союз Советскии
Социалистических
Республик (и) 525869 (61) Дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлено22.О1.75 (21) 2100243/10 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет (43) Опубликовано 25.08. 76.Бюллетень ¹3 l (45) Дата опубликования описания 04.11.76 (51) М. Кл.
G 01 N 1/00
G 0l N 21/26
Государственный квинтет
Совета Миниетрав СССР па делам изобретений и пткрытин (53) УДК 551.591 (O88.8) Р. К. Круглов (72) Автор изобретения
Ордена Трудэвэгэ Краснэгэ Знамени
Главная геофизическая эбсерватэрия л . А. И. Вэейкэва (71) Заявитель (54) СПОСОБ ОПРБДБЛБНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ
ЛТМСС сРБР Ы
Изобретение касается измерения оптических характеристик атмосферы и предназначено для определения прозрачности атмосферы в интересах метеорологического обеспечения авиации. 5
Известные способы определения прозрачности атмосферы путем облучения исследуемой трассы импульсным источником света с квазинепрерывным режимом излучения, пространственно- временной селекции эхосигналов и их накопления(11, (2), (3) требуют высокой мошности излучения ввиду недостаточной помехоустойчивости, Бель изобретения — уменьшение требуемой мошности излучения.
i5
Для этого по предлагаемому способу получаемые в процессе накопления суммарные значения эхо — сигналов от рассеивающих слоев, накапливают дважды до и после момента окончания излучения светового им- 0 пульса и по полученному таким образом интегральному значению эхо-сигналов, накопленных за время, равное длительности светового импульса от каждого из рассеиваюших слоев, составляющих исследуемый 2э отрезок трассы зондирования, судят об изм 1ряемом параметре.
На чертеже изображена блок-схема устройства, реалттзуюшего предлагаемый способ, Устройство содержит излучатель светоBbIx импульсов 1, обьект измерения 2,фотоприемник 3.,блок синхронизации 4, интегратор 5 для формирования опорного сигнала с делителем напряжения 6, вычитаюшее устройство 7, интегратор 8 для формирования сравнетптя, интегратор 9 для формирования измерительного сигнала с нелинейным элементом lO, схему сравнения 11, блок экстремального регулирования 12, блок времени 13, схему "àïðåòà 14, Предлагаемый способ заключается в следующем.
От излучателя 1 зондиоуюший сигнал в виде импульсов света прямоугольной формы длительностью порядка нескольких десятков микросекунд направляют в зону измерения прозрачности вдоль наклонной или гори зонтальной трассы. Часть излучаемой источником лучистой энергии рассеянной ат1
525869 (x}dx )2 t, Х вЂ” опорный сигнал;
-с 1 (x}=i (r-е } мдКС
- с аТ. И- х 3
2 МАКС мосферой, отводят на фотоприемник 3 и используют ее для формирования опорного сигнала „ измерительного сигнала и сигнала сравнения с . B оптическом тракте; включающем излучатель 1, фотоприемник 3 и обьект измерения 2, предусмотрена компенсация сигнала на квадрат расстояния. Часть энергии разряда накопительного элемента в излучателе 1 направляют в блок синхронизации 4 и используют ее
10 для определения времени запаздывания эхосигнала. С помощью интегратора 5 определяют величину опорного сигнала как площадь под огибающей эхо-с:игнала на интервале времени,. равном удвоенной длительности 15 светового импульса 2 Г, отсчитывая этот интервал в блоке 4 от момента начала излучения. Полученную таким образом величину в виде электрического сигнала направл5пот через делитель напряжения 6 на один О из входов вычитающего устройства 7, другой вход которого подключают к выходу фотоприемника 3 после момента окончания излучения светового импульса. Сигнал с выхода вычитающего устройства 7 подают на интегратор 8 непосредственно, а на интегратор 9 — через нелинейный элемент 1О, например полупроводниковый диод. С помощью интегратора 8 и вычитающего устрой" ства 7 определяют разность площадей, од- 30 на из которых ограничена участком огибающей эхо-сигнала на интервале времени отсчитанно vl от момента окончания излучения и нулевым уровнем, а другая предстаьляет собой площадь прамоугольника с осно- 35 ванием и высотой, равной уровшо сигнала
2:} „,,поступающему на вход вычитающего устройства 7 от делителя 6. Определенную таким образом величину используют в качестве сигнала сравнения с С помощью 40 интегратора 9 определяют плошадь под у частком огибающей эхо-сигнала, расположенным над уровнем )Э,д„, на интервале времени Г,. отсчитывая эчот интервал после момента окончания излучения. Опре- @ деленную таким образом величину используют в качестве измерительного сигнала 3
Разность между измерительным сигналом и сигналом сравнения J З, полученную на выходе схемы сравнения 11, используют для управления блоком экстремального регулирования 1-, который, в свою очередь, управляет блоком времени 13, на выходе которого, в зависимости от управляющего напряжения блока 12, формируется интервал времени с для управления работой интегратора R. Величину, пропорциональную подают одновременно на схему запрета 14. которая подключает этот сигнал на выход устройства в случае, если уровень 60
4 сигнала, поступающего на схему запрета от схемы сравнения ll, равен нулю. Сигнал, полученный на выходе схемы запрета
14, используют в качестве величины, прямо пропорциональной значению метеорологической дальности видимости на исследуемом участке трассы зондирования.
Наличие блока экстремального регулирования в схеме устройства для определения прозрачности по предлагаемому способуобьясняется следующим.
Сигнал рассогласования в виде разности
З - 3 можно представить следующим образом .
2Е (( — Ei (x3-jJ 1dxИ С Х МАКС c Zt
ГДе Л„д„с — 11 "} + ° (x}dx) 2Х ХХ
= — „" ) j,
1 Х+ (. . — сигнал сравнения;
С Х ф ) Х" " -мАкс С
1„(x3 — огибающая сигнала на интервале времени от момента начала излучения;
-2 (Х3 - огибающая сигнала на интервале времени Т от момента окончания излучеки; — постоянный коэффициент, меньше l; — интервал времени пропорциональный толщине исследуемого участка трассы зондирования с =
2 где С вЂ” скорость света; — длительность светового импульса.
11ри этом 1 (x} ) Змд аО t С ля импульса света достаточно большой длительности, когда обеспечивается условие С<<» 1, выражения для участков огибающей сигнала обратного рассеякияпри условии, что в оптическом тракте устройства предусмотрена компенсация на квадрат расстояния, будут иметь вид монотонно нарастающей (для 11 ) и монотонно спадающей (длч 1 ) кривой
52586 9 предсталяют сигнал рассогласования в ви- 10 де разности функций д =Э вЂ” 3 =Э и с
1 2Т
% 1((. где (1 э = — ((; «)а»+1г. )-;
2 МАКС
О с функция оценки сигнала по параметру 1;
t $+4
t 11. 1 20
3= — (— )i (»)d«+ — i (х)дх — 3 J êêñ1 о функция, 1= е»р(-С u t ), имеют
Иэ последнего выражения видно, что погрешность измерения по предлагаемому способу определяется не мгновенным, а
gg% средненным на интервале времени
30 С эначеьп(ем сигнала 3 от исследуемого ю+ участка трассы зондирования Этим определяется высокая помехоустойчивость предлагаемого способа измерения.,11остоинЗ5 ством способа является также линейная а% связь выходной величины с с измеряемым паюаметром — метеорологической дальностью видимости.
АС
= 3
МАКС ), о(ьб
45
g=ехр(-С Тt").
Выполняют оценку методической погреш-, ности измерений. Иэ выражения j-ехр(-Сй1,") следует, что $ Ы = - -.— о 4, где знаком о обозначены относительные погрешности определения соответствукнцих элементов. Очевидно, что погрешность +j как погрешность делителя напряжекия может быть достаточно малой. Поэтому можно считать, что д Ы. =- Св t д L +.
Используя полученное ранее вь|ражение для 3М„„, и учитывая условие СХ 7 )> l1, можно записать
=1 =1 =3
1МАКС 2 МАКС МАКС ÀÊÑ
Суммируя измерительный сигнал и сигнал сравнения с функцией
1 (. — (1 (»)ах, (, о пропорциональная среднему значению сигна-: ла от исследуемого участка трассы эондировакия.
Измерительный сигнал представляют в виде В+ 4. (. k . =-, " 2() -1 МАКС, г гдето — искомое значение параметра Ь, С учетом этого пишут выражение для сигнала рассогласования имея в виду, что =1К + Й:
1 Т+t
1 ф д3= — (i («М»+ i (х)4»-j3 4 1-3=
Ъ 1 2 lff ÀÊÑ
С С где 1. = > с(-- значение показателя ослаб лекия на участке трассы
Следовательно, сигнал рассогласования в виде функции разности сигналов к с имеет экстремум при равенстве параметров Г искомому значению Ф,, для которого справедливо равенство
Из выражекия для сигнала рассогласования следует 2 А д . (ьб)
МАК откуда к- 1-j д, ) „ АЯ" потому что согласно выражению для сигнала
11 (1 )) „,д„с a a момент отсчета E =E, .
Раскрывая еще раз выражение для с пользуясь зависимостью получают д с.=-Р6 =- е.) (.
В частном случае при 1= (,-1
Где — ecHGBBHHe натуральных логарифмов.
Формула изобретения
Способ определения прозрачности атмосферы путем облучения исследуемой трассы импульснь|м источником света с квазинепрерывным режимом излучения, пространственно — временной селекции эхо-сигналов и их накоплекия, отличающийся тем, что, с целью уменьшения требуемой мощности излучения, получаемые в процессе накопления суммарные значения эхо-сигналов от рассеиваюших слоев, накапливают дважды до и после момента окончания излучения светового импульса и по полученному таким образом интегральному значению эхо-сигналов, накопленных за время, равное длительности светового импульса от каждого .из рассеиваюших слоев, составляюших исследуемый отрезок трассы зондирования, судят об измеряемом параметре.
525869
Составитель В. Маркелов
Редактор Т. Иванова Техред Г. Родак Корректор й. Мельниченко
- аказ 5136/488 Тираж 1029 Подписное
БКИИПИ Государственного комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, K-35, Раушская наб., д. 4/5
Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Источники информации, принятыи во внимание при экспертизе;.
1. Авт. свид. № 300861, М.кл. G 01 М
1/00 от 20. 1 1. 1 96 9 г.
2. Авт. свид. № 317023, М.кл. G 01 М
1/ОО от 21. О8. 1969 г. (прототип).
3. Авт. свид. ¹ 890401, М.кл. G 019i
1/ОО; 6О1 и 21/26 от 01. 11 1971г.