Способ оптико-акустического зондирования атмосферы

Способ оптико-акустического зондирования атмосферы

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОГОЭ СОВЕ1СКИХ

<;ol 1иАлистичГских

f Е СПУВЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ,,г (21) 2864234/10 (22) 04.01.80 (46) 23.12.92, Бюл.¹ 47 (72) Н.П.Красненко и Л.Г.Шаманаева (71) Институт оптики атмосферы Томского филиала СО АН СССР (54Н57) СПОСОБ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ, путем посылки в исследуемую область атмосферы лазерного импульса, приема возникшего

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано для измерения таких параметров атмосферы, как температура и скорость ветра.

Целью изобретения является увеличение дальности измерения параметров атмосферы параметров дистанционным способом.

Поставленная цель достигается тем, что в исследуемый слой атмосферы посылают лазерное импульсное излучение, принимают возникающий акустический импульс, а об искомых параметрах судят по интервалу времени между посылкой лазерного и приемом акустического сигнала.

На частоте, отличной от частоты первого лазерного импульса на величину частоты звукового диапазона, параллельно посылают лазерный импульс, перекрывающийся с ним на заданной высоте.

В атмосфере при одновременном распространении двух коаксиальных монохроматических лазерных излучений с близкими частотами f1 и fz в области их перекрытия в результате взаимодействия лазерных излучений будет генерироваться мощное акустическое излучение с частотой (f1 — f2), направление распространения которого

„„5U ÄÄ 839386 А1 акустического импульса и определения искомого параметра по интервалу времени между посылкой лазерного и приемом акустического импульса, отличающийся тем, что, с целью повышения дальности зондирования, одновременно на частоте, отличной от частоты первого лазерного импульса на величину частоты звукового диапазона, параллельно посылают второй лазерный импульс, перекрывающийся с первым импульсом на заданной высоте. перпендикулярно оси лазерных пучков, а фронт волны цилиндрический. Осуществляя посылку лазерных импульсов под углом а к поверхности земли, можно зарегистрировать акустический импульс, возникающий на дальности посылки лазерного излучения, помещая акустической приемник на расстоянии h1 от лазерных передатчиков на поверхности земли и ориентируя его приемную антенну перпендикулярно оси лазер- Ю ных излучений. Cd

На фиг.1 изображено устройство, осуществляющее данный способ, где 1 и 2 — (,Д лазерные передатчики, оси излучения кото- (ф рых параллельны, а диаграммы направленности перекрываются в заштрихованной области, 3 — остронаправленный акустический приемник, антенна которого ориентиЪ рована перпендикулярно осям лазерных передатчиков, h1 — расстояние между лазерными передатчиками и акустическим приемником, Из гесметггии фиг.1 следует: R = Itg гт.

h1 =- IV 1 + g 2 гу . СлеДовательно, акУстический импульс, возникающий на дальности I посылки лазерного импульса, можно зарегистрировать, помещая акустический приемник на расстоянии h1 = i /1+ 9 2 г» . Так

839386 как скорость звука много меньше скорости света, можно считать, что акустический импульс возникает одновременно с посылкой лазерных импульсов. Фиксируя время прихода акустического импульса, можно определить время прохождения t звуковым импульсом известного расстояния R =

=h от лазерных передатчиков, Для определения величины и направления скорости ветра необходимо провести три измерения, разнесенные в горизонтальной плоскости. Источником звука в данном способе зондирования будет одновременно вся область перекрытия лазерных излучений, и может .считать, что цилиндрическая звуковая волна возникает одновременно вдоль всей оси области перекрытия лазерных пучков, Частоты излучения лазеров выбираются так, чтобы (f> — fz) =

=4к, где fa< — рабочая частота звукового диапазона, Выбор периода повторения t> лазерных импульсов обусловлен конечным временем распространения акустической волны. Для пространственной селекции импульсов звука при данной дальности I посылки лазерного излучения необходимо. чтобы акустический импульс успевал регистрироваться приемником до посылки следующих лазерных импульсов, Среднее время прохождения звуком трасы R = Itg а составляет т р = Ilg Q/co, где co — средняя скорость звука. Следовательно, период повторения t> лазерных импульсов должен быть больше tcp, т.е. 1Р/со.

Для работы используются устройства, изображенное на фиг.2, где 1 — лазер, рабо"5 тающий на частоте f>, 2- лазер, работающий на частоте fz, 4 — синхронизатор, 5 — остронаправленная антенна акустического приемника, s качестве которой может быть использована решетка электроакустических преобразователей, 3 — акустический приемник, 6 — измеритель интервалов времени, 7 — вычислительное устройство, которое может быть реализовано на базе любой

ЭВМ, 25

Преимуществом предлагаемого способа является существенно большая дальность зондирования, а также возможность использования в качестве источников обычных лазеров, серийно выпускаемых промышленностью. Кроме того, существенно уменьшается энергоемкость системы, 839386

Составитель

Редактор Т. Шарганова Техред М.Моргентал Корректор Н. Бучок

Заказ 566 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

313035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина. 101