Способ определения структурной характеристики показателя преломления атмосферы

 

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы. Цель изобретения - повышение точности измерений и увеличение диапазона длин исследуемых трасс. Исследуемую трассу зондируют лазерным излучением, прошедшее излучение фокусируют, выделяют из него два потока излучения, которые пропускают через маски с линейноизменяющимся светопропусканием в одном направлении и постоянным - в другом. Маски повернуты одна относительно другой на 90°. Регистрируя несколько раз величины основного и выделенных световых потоков, вычисляют значение дисперсии перемещений энергетического центра изображения источника излучения, по которой судят об искомой величине. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (19) (11) . (д)) G 0) N 21/4) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЦТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4283149/24-25 (22) )3.07.87 (46) 30.07.89. Бюл. У 28 (71) Центральная аэрологическая обсерватория (72) )0.П.Байков, Г.M.Крученицкий, В.Н.Маринушкин и А.В.Чалый (53) 535.024(088.8) (56) Гурвич С. и др. Лазерное излуче ние в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1976, с.250-254.

Крученицкий Г.M. и др. Автоматизи рованный индикатор турбулентности.

VIII Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы. Томск, 1984, с.251-253, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ

ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕ-:

НИЯ АТМОСФЕРЫ (57) Изобретение относится к области

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано для дистанционного измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы для обеспечения работы лазерных связных и дальнометрических систем.

Целью изобретения является повы шение точности измерений и увеличения диапазона длин исследуемых трасс.

На фиг.l приведена функциональная схема устройства, для осуществления предлагаемого способа; на фиг ° 2 — маска, устанавливаемая перед фотоприемниками; на фиг.3 — времен2, метеорологии и может быть использовано для измерения структурной характеристики показателя преломления атмосферы. Цель изобретения — повышение точности измерений и увеличение диа" пазона длин исследуемых трасс. Исследуемую трассу зондируют лазерным излучением, прошедшее излучение фоку,сируют, выделяют из него два потока излучения, которые пропускают через маски с линейноиэменяющимся светопропусканием в одном направлении и постоянным — в другом. Маски повернуты о друг относительно друга на 90,, Регистрируя несколько раз величины ос новного и выделенных световых потоков, вычисляют значение дисперсии перемещений энергетического центра изображения источника излучения, по которой судят об искомой величине.

3 ил, ные диаграмю)9 поясняющие работу устройства.

Устройство содержит одномодовый лазер 1, электрооптический модулятор

2, блок 3 формирования напряжения для модулятора, приемную оптическую систему, состоящую иэ объектива 4 и микроскопа 5 с микрофотонасадкой, полупрозрачные эеркала 6 и 7,, маски .8 и 9, фотоприемники 10 — 12, резонаторы 13 — 15, усилители 16 — 18., детектирующие устройства 19 — 21, устройства 22 — 24 выборки хранения, аналого-цифровой преобразователь 25, Ц 1(x,ó) х аа

1(x,у} d

it }(а и

К С

3 1497520 блок 26 управления, микро-ЭВМ 27, регистрирующее устройство 28.

Способ осуществляют следующим образом, 5

Непрерывное излучение одномодового лазера 1 модулируется по интенсивности в электрооптическом модуляторе 2 с частотой и глубиной модуляции, задаваемыми блоком 3 формирования напряжения. Модулированное излу.чение посылается в исследуемую среду в направлении приемной части устройства. Прошедшее через среду излучение фокусируется объективом 4, фокальная 15 плоскость которого совмещена с предметной плоскостью микроскопа 5 с микрофотонасадкой. В плоскости изображения микроскопа 5 с микрофотонасадкой установлен фотоприемник )1, 20

Кроме того, на оптической оси приемной оптической системы, состоящей из объектива 4 и микроскопа 5 с микрофотонасадкой, между микроскопом 5 с микрофотонасадкой и фотоприемником 11 25 расположены два полупрозрачных зеркала 6 и 7 под углом 45 к главной оп" тической фокальной оси, а в плоскости, образованной приемной оптической системой совместно с полупрозрачными зеркалами 6 и 7, помещены маски 8 и

9. Световой поток, прошедший . .ерез маску 8, поступает на фстоприемник

10,, а через маску 9 — на фотонрием-. ник 12, 35

При этом маски 8 и 9 выполнены с коэффициентом пропускення, который изменяется по линейному "àêîíó по одной координате и постоянным по другой где (— коэффициент пропускания, величина которого теоретически может достигать знач.— ния

a — размер маски; — координата, изменяющаяся от

0 до а; оо — минимальный коэффициент пропускания;

/I (., — градиент коэффициента пропускания маски.

При этом, если микроскоп 5 с ми-, крофотонасадкой формирует изображение системы координат хоу, то маска

8 имеет переменное пропускание по оси х, а маска 9 по оси у, Токи фотоприемников 10 — 12

1 соответственно определяются следующими выражениями:

i, }с,jj 1(х,у,t) Йх ау; с(((0 О

} =ktjJ Z(x,у,t)((x-а}Й,+rt) dx dy;

0 0 (}) 0

i =k, JJ I(x,у,t)((y-a) 0, + i ) dx dy, оО где l(x,ó, t) — значение освещенности в плоскости изображения в точке с координатами (х,у) в момент времени

kg постоянные коэффици енты, учитывающие поглощение света в оптических элементах и квантовую эффективность фотоприемников 10-12, С выходов фотоприемников 10 — 12 сигналы поступают на соответствующие резонаторы 13 — 15, настроеннь.е на модуляции интенсивности излучения лазера 1. Усиленные соответствующими усилителями 16 — 18 и продетектиро-. ванные соответствующими детектирующими устройствами 19 — 21 сигналы поступают на устройства 22 — 24 выбор- ки -хранения. В моменты времени, задаваемые блоком 26 управления, значения напряжений на выходах,детектиру-. ющих устройств 19-21 запоминаются в соответствующих устройствах 22—

24 выборки-хранения. Затем эти значения напряжений преобразуются аналого-цифровым преобразователем 25 в цифровую форму и передаются в микроЭВИ 27, в которой осуществляется вычисление значений координат х,у энергетического центра изображения

d xdy

/л л

xdy

Вторые слагаемые в формулах имеют постоянное значение и компенсиру)(}тся

iy k}t(У ю — °

1у "1 k, 1(х, ах

j(1(x, о у) ydxdy — — (— ). у) dxdy ! программным способом; Через ин,(ервал времени, задаваемь)й программой

6 с микро-3ВМ 27, блок 26 управления процесс повторяется (фиг. 3) .Иикровыдает импульс управления на уст- 3ВМ 27 вычисляет дисперсию перемеще роиства 22 — 24 выборки-хранения и ний энергетического центра изобра и, 2 жения ; (х" +у ),т X +У

N-i " N

Г

Г14 2 1О 11 (--) + (--)

1 1 i3j

11-1 (g. где N — число циклов определения положения энергетического центра изображения;

j=l N — номер измерения величин интенсивностей потоков излучения.

Значение структурной характеристики показателя преломления С 2 определяется по формуле

2 (" Т3

С 17 о

5,68 F L

Измерительная трасса имела длину

300 м. Результат измерений

=7 2 10 м /3 где Do — диаметр приемной апертуры;

F — фокусное расстояние приемной оптической системы, равное произведению фокусного расстояния объектива и увеличения микроскопа с микрофотонасадкой;

L — длина исследуемой трассы.

Вычисленное значение С выдается

I1» на регистрирующее устройство 28, например электрифицированную печатающую машинку.

Формула из обре тения

В конкретном варианте реализации способа использовался лазер типа

ЛГ-79-1, работающий в одномодовом режиме с выходной мощностью Р=1 мВт.

Для уменьшения влияния фоновой засветки излучение лазера пропускалось через электрооптический модулятор типа MJI-102, в котором осуществлялась модуляция интенсивности лазерного излучения по синусоидальному закону с частотой 465 кГц. В качестве приемной оптической системы использовался объектив "!Опитер-6"., Изображение источника излучения в фокусе объектива анализировалось с помощью оптико-электронного блока.Обработка выходных сигналов оптико-электронного блока производилась с помощью специально разработанного электронного блока приемной части, вы2 числение измеряемого параметра С„ производилось микро-ЭВМ "Электроника-60" .

52= 0610 I с„

Таким образом, предлагаемый способ определения структурной характеристики показателя преломления атмосферы по сравнению с известными способами позволяет IIQBblcHTb точность измерения за счет устранения IIoIpeIIIностей приближений метода плавных возмущений для интенсивности и более полного использования излучения лазера на приемной стороне, так как на входной диаметр приемной оптической системы ограничений нет.Кроме того, диапазон турбулентных толщ, которые могут исследоваться, неограничен.

Способ определения структурной характеристики показателя преломления атмосферы, включающий зондирование

40 лазерным источником излучения исследуемой трассы атмосферы и фокусирование приемной оптической системой прошедшего через исследуемую трассу излучения с формированием изображе45 ния источника излучения, по которому судят о структурной характеристике показателя преломления атмосферы, о т л и ч а ю щ н и с я тем, что, с целью повышения точности измерений и увеличения диапазона длин исследуемых трасс, при фокусировании прошедшего исследуемую трассу излучения выделяют из него два дополнительных световых потока излучения, линейно ослабляют интенсивность излуЧения по площади сечения дополнительных потоков в одном из направлений, причем указанные направления для каждого из дополнительных потоков излучения ор1497520

j=-1...,,N — порядковый номер измерения величин интенсивностей потоков излучения;

5 11, i — величины интенсивностей дополнительных потоков излучения; величина интенсивности

3 основного потока излучения, и определяют структурную характеристику показателя преломления атмосферы С по формуле

Я пъ о Do

С М ) и 5,68 @2

2 1 л 2 н

) !

1 1 2 где о — градиент ослабления ин1 тенсивностей излучения 20 по площади сечения; тогональны между собой, регистрируют N раз величины интенсивностей основного и дополнительных потоков излучения, а затем вычисляют значение дисперсии 6 перемещений энергеP тического центра изображения источника излучения по зависимости где D - диаметр апер туры приемной о оптической Системы, Р— фокусное расстояние приемной оптической системы;

Ь вЂ” длина исследуемой трассы.! 497520

Составитель С.Голубев

Редактор Ю.Середа Техред М.дидык Корректор ТЛалед

Заказ 4436/44 Тираж 789

Подписное

В11ИИПИ Государственного комитета по иэобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г.ужгород, ул. Гагарина,101