Устройство для определения оптических характеристик атмосферы

 

УСТРОЙСТВО ОПЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕР ИСТИК АТМОСФЕРЫ, содержащее бпок управдевия , соединенный с импульсным источни ком излучения и фотоприемником с квадратичным усилением, основной и пороговый накопители, соединевшле входами с выходом фотоприемника; основной - не посредственно,- а пороговый - через последоватепьво соединенные амплитудный анализатор, блок сравнения и коммутирующий ключ, а также регистрирукхавй щ ибор , через блок деления подсоедииенвцй к к выходу основного накопителя, о т п нчающееся тем, что, с целью повышения точности измерений, оно. снабжено разрядником, допотпштепьным коммуТЕ руюшим ключом и счетчиком порснчжых |значений, соедивзнным входами с ; выходами бжжов управпеюш в ера . нения, а выходами - с входами кацл М5ггкрующих ключей, при этом выход порогового накопителя через дополнительный коммутирующий клкьч подключен к входам блока деления и. разрядника.

СОЮЗ COBETCHHX

ИЧ ПН

РЕСПУБЛИК

Q% (И) зад G.01й 21/47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ЙЗСУДАРСТВЕННЬЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

Н AB roPCHO5Af СВиДЕТЕЛьСТВУ (21) 3414482/18-25, (22) 30.03.82 (46) 15.08.83. Бюл. М 30 (72) Ю.С.Балин, И. А.Разенков, B.И.Козинцев и Г..Н. Балденков (53) 551 508.92 (088.8) (56) (Авторское свидетельство СССР

М 309338, кл. G 01 % 1 00, 1969.

2. Авторское свидетельство СССР

34 390401, кл. G 01% 1 00, 1973.

3. Авторское свидетельство СССР М 981822, кл. G 01И 21 Ol, 1981 (прототип) . (54)(57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК

АТМОСФЕРЫ, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником излучения и фотоприемником с квадратичным усилением, основной. и пороговый накопители, соединенные входами с выходом фотоприемника; основной «непосредственно; а пороговый — через последователью соединенные амплитудйый .анализатор, блок сравнения и коммутиру ющий ключ, а также регистрирующий при-бор, через блок деления подсоединенный к. к выходу основного накопителя, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с цепью по» вышения точюсти измерений, оно снабжено разрядником, дополнительным коммутирующим ключом н счетчиком пороговых

I з начений, соединенным входами с

; выходами блоков управления и срав нения, а выходами - с входами коммутирующих ключей, при этом выход по рогового накопителя через дополнитель ный коммутирукщий клн ч подключен к входам блока деления и. разрядника.

103

Йзобрвтение относится к техничвскойфизикв, а именно к .фотометрии атмосферы„ и может быть использовано дпя измерения оптических параметров, а так>хе для.контроля уровня аэрозопьных загрязнений, 5 как естественного, TBK и антропогенного происхождения.

Известно устройство дпя пространст.венного контроля оптических характеристик атмосферы содержащее импульсный источник света, фотоприемник с квадратичным усилением и блок регистрации, которое дает качественное распределение пространственной структуры аэрозоля в виде картины эхо-сигналов ЭЛТ Ц. l5

Однако оно не обеспечивает копичест венной информации о таких параметрах атмосферы, как прозрачность и коэффицие нта рассея ния. Известно также устройство дпя опреде-20 пения оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником излучения и с фотоприемником с квадра», тичным усилением H. углом зрения, охва- 2$ тывающим зо1швруюший пучок, два накопителя, соединенные с регистрирующим прибором через бпок деления, при этом в цепь одного из накопителей включена линия эадер>хки 5 23.

ЗО

Недостатком этого устройства является ограниченная. точность, обусловленная тем, что существующие пинии задержки обладают избирательной частотной харак. теристикой проходящего через них сигнала. Поскольку в каждый .момент зондирования, крутизна нарастания накаппиваемого сигнала, в зависимости от атмосфер но-оптических усповий различна, то различно и ослабление, которое испытывает сигнал, проходя через пинию задержки.

Зто неизбежно приводит к дополнительным, неконтролируемым ошибкам измерений.

Наиболее близкиМ техническим решением к цредпагаемому является устройство дпя определения оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с импульсным источником излучения и двумя фотоприемниками с квадратичным усипением, один фотоприемник с углом поли зрения, охватывающим зондирующий пучок, а второй . с углом IIQIIB зре ния вне поля действия зондирующего пучка, два нако. пителя, соединенные с регистрирующим прибором через блок деления, усилитель„ .блок разности, амплитудный анализатор, Ь462 2 блок сравнения и кпвт, через которы% выход блока разности соединен с входом одного из накопителей,"причем второй фотоприемник соединен через усилитель. с одним входом блока разности, другой вход которого соединен с,выходом перво го фотоприемника, а выход соединен с входом другого накопителя, входом амплитудного анализатора и одним входом блока сравнения, другой вход которого соединен с выходом амплитудного анапа затора, а выход соединен с управляющим входом ключа. Устройство реализует следующий алгоритм определения прозрачности

Г на дистанции О V„ Ъ и. Q(y)Qy (о-r )У и

g S(q) д>О где g { ) - величина эхо-сигнала с расстояния k, скорректи» рованная на квадрат расстоя ния; диста нпия, на которой сит ; нап достигает порогового значения;

- максимальная дистанция ондирования $3)..

Недостатком атого устройства являет ся ограниченная точность измерений, обу сповпенная следующими обстоятельствами.

При зондировании неоднородной атмосферы с большими градиентами коэффициентов рассеяния,,веоьма характерным является возрастание эхо-сигналов в местах появ пения неоднородностей, например, разрывов в тумане ипи появление облачных образований, Если .возрастание эхо-сигна па наблюдается после достижения сигналами" порогового уровня, то это приводит

Yw к тому, что величина интеграла S @, -)сЪ

rn в числителе приведенного выражения увеличивается. Вследствие этого, фиктивно увеличивается регистрируемое устройством значение прозрачности атмосферы, что автоматически приводит к фиктивному " уменьшению измеряемого среднего коэффициента рассеяния. При ятом, чем больше возрастает величина эхо-сигнала поопе достижения им порогового значения, твм большая погрешность коэффициента рассея ния.

Цель изобретения - повышение точ« ности измерений.

Указанная цепь достигается тем, что устройство дпя определения оптических

Таким образом, в основном накопитепе

9 накаппивается сигнв в течение всего .. заданного времени накоппеиия; а в яорого характернстик атмосферы, содержащее достижения эхо-сигналом первого йорого-. бпок управления, соецивэнный с импупьо- вого значения блок сравнения. выдает, ным источником изпучейия и фотоприем» импульс в счетчик 6 пороговых значений, .ником с квадратичным усипением, основ который регнстрнрует копичество порого . ной и пороговый накопитепи, соеаиненные g вых значений .эхо-сигнапа. Дапее счетчнк входамн с выхоцом фотоприемника оонои 6 выцает команау,,открывающую ключ 7

goN -, непосрецственно, а пороговый — цпя поступпения сигнапа в пороговый на» через посйедоватепьно соединенные ам- - копитепь 8. Иэ накопитепя 8 сигнап по-. ппнтуаный анализатор, блок сравнения и ступает на вход,. коммутирующего хпюча коммутирующий ключ, а также регистри- !О 10..Нормапьное положение коммутиру уующий прибор,, через блок ценещи поц- ющего ключа 10 - закрытое как. цпя свясоеаиненный к выходам накопителей, " зи с бпоком 12 цепе щя, так g с раз снабжено разряцником, дополнительным,; ряаником 11. По скончании зааанного коммутирующим ключом н счетчиком . временн накопления сигнала,- блок 1 уппороговых значений; соединенным входа- 5 -равпення подает команцу на счетчик 6, ми с выходами блоков уиравпення g сра- который открывает коммутирующнй к иоч . внення, а выходами - с вхоцамн комму» 10 на связь накопитепя 8 с блоком 1Я тирующих ключей, при этом. выход поро- деления. гового накопителя через аопопнитепьный На другой вход блоха цепенея. постукоммутнруищий ключ поцкпючен к вхоцам щ пает сигнал с накопителя 9, а резупьтат ае блока деления и раэряаника. " " пення выдается в pergeipgpymmgR прибор .

На чертеже показана блок-схема уст» . 13, гце фиксируются значения проэрачройства.— КОсти атмосферы и среанего коэффициен

Устройство содержит блок 1 управпе- та рассеяния. ния, импульсный. источник 2 иэпучейия, р Если в течении эацанного времени фотоприемник 3 с квадратичным усвщте- . накопления, после аостнження первого пем, амппитуцный анализатор 4, бпок 5 порогового значения„эхо-сигнап возрас» сраввэния, счетчик 6 пороговых значеннй,. тает выше порога, то бцок 5 сравнения коммутирующий ключ 7, пороговый н ... вновь фиксирует достижение порогового основной накопители 8 и 9 цопопнитепь- 30 уровня, а счетчик 6 - появление.второго

: . gbN коммутирующий кпюч 10, разрядник порогового значения. После этого счет-

3;1, бнок 12 аеления и регистрирующий . чнк 6 выдает команду на закрытие кпюприбор 13. . Oa 7 и оцновременно на кпюч 10, кото-. устройство работает спедующим обра- - рый открывает связь накопителя 8 с раэ:зом.. . - - . Ряцником 11. Накопленный в накопитепв

Блок 1 ynpaanems оановременно эа " 8 сигнеп aa gmePaarc ВРемени ме аУ пусыет источник 2. изпучения, который . аостнженнями эх< -cgrgarroM первого g направляет нмпульс нзпучения в атмосферу второго поротого УРовней Разряжается и фотопрнемник д. На фотоприемннк 3: раэряцником 11 цо.нупеж го значения. поступает. обратнорассеянный снгнап, 4р После воэрастання э"о"снгнап убыва который посПе преобразования в фотопри-, ет и в некоторый момент времени блок емннке 3 в внае электрического сигнала 5.сРавненнЯ вновь фнкснРУет аостнжЕНне . разветвляется и жжтуп ет на вхоцьт a порогового значения„. которое регистра ппитуцного анализатора 4,. блока 5.срав»,, РУетсЯ счетчиком 6. Далее счетчик 6 кения и основного юконитепя 9, Нор- . поаает команаУ ю ключ 7, котоРый î÷-. мапьное положение коммутирующего .ключа крывает прохожцение сигнапа на накопи7, - закрытое, поэтому снгнап на порото-. тепь 8. Оановременно счетчик 6 выаает. выл накопитель 8 не.поступает. -: командУ на попное заЦнРание кпюча 10.

По истечении зааанного времени наАмппитуцный ананиэатор 4 фнксирует копитепя бнок 1 упра копитепя, нок управпения выдает ко- ! первое максимальное значение эхо-сигнала, о манау на счетч 6 и манау на счетчик 6, который открывает соответствующее полному вхожцению ключ 10 цпя прохожа ння дпя,прохожцения сигнапа с наэонцирующего светового пучка в попе . копитепя 8 в блок 12 деления, на другой, зрения приемника и .выцает это значение цает это значение вход которого поступает сигнал с накопи на вход блока 5сравнений,,на аругой тепя 9. вход которого поступают текущие значе- H ния эхо-сигнала. Порог блока 5 сравнения устанавливают„соответствующим ослаб- лению эхо-сигнала в 10-30- раз. Поспе

1038482

f Ьг) г

Х 5(v)дз"

1 а

Ф вом накопителе 8 в интервале времени от достижения послвднэго порОгового значения до максимального времени нико ппения. Результат деления этик накопи тельных сигналов из блока 12 поступает в регистрирующий бппк 13.

Бспи после доатижения третыэго лоро говогв значения в пределах заданного времени накопления эхо-сигнал вновь возрастает выше порога, то устройство работает аналогично, -а именно, при нечетном количестве пороговых значений от» крывается основной коммутируюший ключ

7, а,при четном - закрывается основной ключ 7 и открывается дополнительный коммутируюший ключ 10, который обеспечивает разряд порогового накопителя до -г нулевого значения.

Таким образом, в устройстве рвапизу ется следующий алгоритм определения прозрачности атмосферы Т (v f гдв 3(у ) - величина эхо-сигнала, принятого с расстояния

Y дистанция, соотввтствукхцая заданному времени накоп- i лю нину

p дистанция на которой дости » п гается последнее пороговЬе значение эхо-сигнала.

Поскольку применение указанного алгоритмаа обработки сигнала предцопагает условие зондирования атмосферы до больших оптических топщин, то предлагаемое устройство предназначено прежде всего для определения оптических характеристик туманов и облаков. Именно в данных усповнях требуется определение дальности видимости в аэропортах в интересах метвообеспвченйя авиации с це.лью повыше ния безопасности полетов. Кроме того, поскольку коэффициент рассеяния пропорциоюлвн величине массовой концентрации атмосферного аэрозоля, то предлагаемое устройство может контролировать обшую степень загрязненности окружакхцей срвm!, вызванную аэрозолем как естественного, так и антропогенного происхождения.

ВНИИПИ Заказ 5822/44

Тираж 873 Поапнсное

Филиал ППП "Патент", г.Уж1 opon,ул, Проектная,4