Способ оптического зондирования атмосферы

 

союз coeETñêèõ .

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК. (sl)s 6 01 М/ 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3500831/10 (22) 10.08.82 (46) 15;09.92. Бюл, М 34 (71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения "Оптика" СО AH

СССР и Институт оптики. атмосферы СО АН

СССР (72) Ф.З. Гафуров. Н. П.. Солдаткин и

Г.С. Хмельницкий (53) 551,508.9(088.8) (56) Патент ФРГ М 1573318. кл. 42! 20/03, 02.08,73, Квантовая, радиотехника. Экспресс-ин.формация — М 46, 1981, с. 6-11. (54Н57) 1: СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ путем излучения в атмосферу световой энергии, часть которой используют в качестве гетеродинного луча, гетеродинного приема обратно рассеянной световой энергии с последующим преобраИзобретение относится к атмосферноЧ оптике и может быть использовано для измерения оптических .характеристик атмосферы, например в интересах метеорологического, обеспечения авиации.

Известен способ оптического зондирования атмосферы. согласно которому в гетеродинном приемнике линия излучения лазера подстраивается на максимум спект-. ральной линии соответствующего спектрального излучения в атмосфере.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является способ оптического зондирования атмосферы путем излучения световой энергии в атмосферу. часть которой является лучом гетеродина, гетеродинного приема обратно

5U 1103695 А1 зованием световых сигналов в электрические, усиления на промежуточной частоте, регистрации электрических сигналов и вычисления искомой величины, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью п.овы.шения оперативности измерений, перестраивают монотонно частоту непрерывного излучения источника, а усиление производят на промежуточной частоте, равной разности частоты принятого обратно рассеянного излучения и текущей частоты гетеродина, 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что изменяют промежуточную. частоту гетеродинного приемника и вычисляют профиль искомой величины по трассе луча.

3. Способ по п.1, отличающийся. тем. что перестраивают излучение источника по линейному закону с переменной скоростью и вычисляют профиль искомой величины по трассе луча. ааеав рассеянного светового излучения с последу- (1 ющим преобразованием световой энергии в (Д электрические сигналы, регистрации элект- 0 рических сигналов и вычисления искомой О величины.

Измерение параметров атмосферы вдоль всей трассы в заданном диапазоне частот мржно производить лишь с помощью серии измерений с последовательной перестройкой частоты источника от измерения к измерению, что ухудшает оперативность работы и сужает функциональные возможности. Во-первых, ввиду дискретности перестройки частоты теряется часть информации об исследуемом объекте, во-вторых, увелйчивается время регистрации, и втретьих, для реализации метода требуется

1103695

10 числения искомой величины, перестраива- 20

30 прохождения сигнального луча по трассе зондирования изменяется, изменяется и ча- 35 стота гетеродинного луч а, т.е, создается

55 допплеровское смещение частоты и рассеянного излучения на движущихся частицах.

Последний фактор требует наличия в исследуемом объеме частиц с некоторой требуемой составляющей вектора скорости по оси зондирующего луча, что ограничивает область применения метода.

Целью изобретения является повышение оперативности измерений, Для достижения поставленной цели в известном способе оптического зондирования атмосферы путем излучения в атмосферу световой энергии,. часть которой используют в качестве гетеродинного луча. гетеродинного приема обратно рассеянной световой энергии с последующим преобразованием световых сигналов в электрические, усиления на промежуточной частоте,. регистрации электрических сигналов и выют монотонно частоту непрерывного излучения источника, а усиление производят на промежуточной частоте, равной разности частоты принятого обратно рассеянного излучения и текущей частоты гетеродина, причем изменяют промежуточную частоту гетеродинного приемника и вычисляют профиль искомой величины по трассе луча, а также перестраивают излучение источника по линейному закону с переменной скоростью и вычисляют профиль искомой величины по трассе луча, Частота излучения источника за время сдвиг. частоты между сигнальным лучом и лучом гетеродина. При этом гетеродинным приемником регистрируется только та часть рассеянного излучения, разность частот которого и текущей частоты гетеродина попадает в полосу усиления усилителя промежуточной частоты гетеродинного приемника, что будет ссютветствовать сигналу, рассеянному объемом с определенного расстояния, собтветствующего величине задержки частоты рассеянного излучения от текущей частоты гетеродина, Селекция сигнала по объему проводится автоматически выбором промежуточной частоты. следовательно, отпадает необходимость в введении коммутации, что, в свою очередь, дает выигрыш во времени, так как отпадает необходимость в последовательном извлечении информации из каждого импульса в отдельности.

На чертеже представлена блок-схема устройства. реализующая данный способ.

Устройство содержит источник излучения 1. светоделитепьную пластину 2. зерка40

50 ло 3, оптическую систему 4 и приемное устройство 5.

Устройство работает следующим образом.

Излучение лазера 1 с перестройкой частоты попадает на светоделительную пластину 2, где часть излучения отводится на зеркало 3 и, отраженная от него, используется в качестве луча гетеродина, а оставшаяся часть формируется оптической системой 4 и направляется в атмосферу.

Рассеянное и отраженное излучение попадает в оптическую систему 4 и направляется на светоделительную пластину 2, где совмещается с лучом гетеродина и попадает на приемное устройство 5.

Допустим, что частота устройства перестраивается монотонно по линейному закону в=а + Ч„,т, (1)

d co где Ч = — — скорость перестройки частоты.

dt источника, t — текущее время, аЪ вЂ” значение частоты в начальный момент времени.

За время прохождения луча по трассе

"излучатель — отражающий объем — гетеродинный приемник" частота источника изменится и станет равной в — à, + 1/ätt, (2) где tt — время пробега луча.

Такой становится и частота гетеродинного луча, так как в качестве него служит часть излучения источника.-В гетеродинном приемнике происходит смешение сигнального и гетеродинного лучей и усилителем промежуточной частоты усиливается сигнал, равный разности частот, причем усиливается сигнал, отраженный только от объема, удаленного на расстояние

2 2Ч 2Ч где Nnp — промежуточная частота гетеродинного приемника, С вЂ” скорость света, Ч, — скорость перестройки частоты.

За время пробега луча по трассе зондирования до отражающего объема и обратно частота источника излучения изменяется, а разность частот в1 — юо становится такой, что попадает в полосу усиления усилителя промежуточной частоты гетеродинного приемника, т.е, гетеродинный приемник в данном случае проводит селекцию по отражающему объему и пропадает необходимость в коммутации. При этом величина отражающего объема определяется соотноlUPHHPM:

1103Ю5

Составитель

Техред М.Моргентал

Редактор Е.Гиринская

Корректор О.Кравцова

Заказ 4062 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035. Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Прэизводсгвенно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород. ул.Гагарина. l01

ЛЧ=Л1 S=- "-CS (4)

2 V где Лв р — ширина фильтра промежуточной частоты гетеродинного приемника, S — площадь сечения зондирующего луча, С вЂ” скорость света, V< — скорость перестройки частоты, Для изменения трассы зондирования необходимо изменять направление угла зрения приемной и излучающей систем и вносить изменения в систему коммутации, чтобы принимался сигнал именно с данного объема, удаленного на данное расстояние. В предлагаемом способе длину трассы зондирования можно легко изменить, как видно из формулы а С

2Чу изменяя скорость перестройки частоты источника Ve либо частоты усилителя рроме1 жуточ ной частоты гетеродин ного приемника со я> . Кроме того, частота источника в базовом объекте перестраивается скачками. Для получения же информации по всему диапазону измерения частот источника. а не через определенный интервал изменения частоты, необходимо в применяемых схемах зондирования использовать отражающее зеркало, что не позволяет оперативно

5, изменять направление зондирования и вести измерения на наклонных трассах. В предлагаемом способе возможно оперативно изменять направление зондирования и вести оперативное измерение на горизонталь10 ных, наклонных и вертикальных трассах.

Причем длина трассы может легко перестраиваться в процессе эксперимента.

При использовании данного изобретения увеличиваются функциональные воз15 можности метода: возможность измерения параметров линий поглощения и их измене- ний по трассе луча (благодаря непрерывной перестройке частоты источника), что позволяет определять профили температуры, кон20 центрации газов и плотности атмосферы,. кроме того, увеличивается точность измерений, так как последние производятся для непрерывных сигналов, а известно, что точность измерения непрерывных сигналов

25 значительно выше. чем импульсных.