Способ определения эпицентрального расстояния и высоты сферического источника ультрафиолетового излучения с помощью средств космического базирования

Изобретение относится к способам определения координат источников электромагнитных излучений с помощью средств космического базирования путем регистрации и измерения поляризационных характеристик регистрируемого излучения. Технический результат – повышение точности определения местоположения сферического источника ультрафиолетового излучения в условиях отсутствия прямой видимости. Способ заключается в том, что при помощи оптического поляриметрического устройства, установленного на космическом аппарате (спутнике) с известной высотой орбиты, регистрируют ультрафиолетовое рассеянное земной атмосферой излучение от сферического источника. Излучение регистрируют не менее чем в двух оптических каналах, оптические оси которых ориентированы под определенным углом относительно надира и которые вращаются вокруг общей вертикальной оси. Оптические оси каналов и их общая ось вращения лежат в одной плоскости референции. В каждом канале устанавливают поляризационные анализаторы, у которых оси полного пропускания поляризованной компоненты лежат в этой же плоскости референции. При вращении плоскости референции измеряют амплитуду сигнала от поляризованной компоненты регистрируемого излучения и фиксируют положение плоскости, при котором сигнал в обоих каналах данной пары равен нулю. При дальнейшем вращении измеряют угол поворота плоскости референции относительно зафиксированного положения, при котором в одном из каналов данной пары сигнал становится максимальным. В этот момент измеряют азимут поляризации в противоположном канале. По измеренным значениям углов определяют эпицентральное расстояние источника и его высоту, используя установленные соотношения. 1 ил.

 

Изобретение относится к способам определения координат источников электромагнитных излучений с помощью средств космического базирования путем регистрации и измерения поляризационных характеристик регистрируемого излучения.

Известен способ определения местоположения импульсного высотного источника рентгеновского излучения с помощью средств космического базирования [1]. Сущность способа состоит в том, что измеряют разность между временем прихода прямого рентгеновского излучения от источника и временем прихода импульса оптического флуоресцентного излучения, возникающего в результате взаимодействия рентгеновского импульса с верхними слоями атмосферы. Недостатком способа является необходимость прямой видимости на источник. Другим недостатком является необходимость измерения угла между направлением на источник и направлением в надир.

Другим аналогом может служить способ определения угловых координат источника по поляризационным характеристикам рассеянного земной атмосферой оптического излучения [2]. Реализация способа состоит в измерении азимута поляризации регистрируемого излучения, например, солнечного (так называемые «солнечные» компасы). По измеренному азимуту поляризации определяют угловые координаты источника, даже если он сам не виден. Недостатком способа является невозможность определения пространственных координат источника, его высоты и дальности.

Прототипом является способ определения дальности до импульсного оптического сферического источника путем регистрации и измерения поляризационных характеристик (степени поляризации) рассеянного окружающей средой излучения от источника [3]. Способ основан на том, что регистрируют рассеянное излучение под заданным углом относительно направления на источник. В процессе рассеяния излучение становится частично поляризованным. По мере распространения в среде степень поляризации сначала возрастает, достигает максимума, а затем снова уменьшается. Отслеживая развитие степени поляризации во времени, отсчитываемого от начала вступления импульса прямого излучения от источника, измеряют время достижения максимума поляризации и по измеренному значению определяют расстояние до источника. Недостатком способа является зависимость возможности проведения измерений от состояния облачности. Другим недостатком является необходимость наличия прямой видимости на источник. Недостатком является также необходимость точного фиксирования времени прихода прямого излучения.

Техническая проблема заключается в том, что, как считалось ранее, для определения местоположения самосветящегося объекта необходимым является условие прямой видимости на объект. Реализация предлагаемого изобретения позволит решить проблему определения местоположения самосветящегося объекта в условиях отсутствия прямой видимости на него.

Технический результат предлагаемого изобретения состоит в том, что при помощи оптического поляриметрического устройства, установленного на космическом аппарате (спутнике), производят измерения азимута поляризации рассеянного земной атмосферой ультрафиолетового излучения от сферически симметричного источника, координаты которого нужно определить. При этом не требуется наличие прямой видимости на источник. Кроме того, по результатам измерений обеспечивается возможность определения не только угловых, но и пространственных координат источника, т.е. его высоты и расстояния до эпицентра.

Технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что измеряют азимут поляризации не менее чем в двух узких оптических каналах, вращающихся вокруг общей вертикальной оси, направленной в надир и проходящей через подспутниковую точку. Далее для простоты описания рассмотрен вариант двух оптических каналов. Оси полей зрения каналов устанавливают под углом γ относительно надира так, чтобы оси и общая вертикальная ось вращения лежали в одной плоскости, которая называется плоскостью референции. Азимут поляризации χ - это угол между плоскостью поляризации и плоскостью референции. В каждом оптическом канале устанавливают поляризационные анализаторы, у которых оси полного пропускания поляризованной компоненты регистрируемого излучения лежат в плоскости референции. При вращении плоскости референции вокруг вертикальной оси азимут поляризации в обоих каналах изменяется, поэтому изменяется и амплитуда оптического сигнала от поляризованной компоненты. В соответствии с законом Малюса [2] эта амплитуда пропорциональна cos2χ. Вращая плоскость референции, фиксируют угол поворота, когда сигнал от поляризованной компоненты в обоих каналах обращается в нуль. При дальнейшем вращении измеряют угол поворота ϕm, при котором сигнал от поляризованной компоненты в одном из двух каналов становится максимальным, т.е. когда в этом канале азимут поляризации χ=0. В этот момент измеряют азимут поляризации χm в другом, противоположном канале. По результатам измерения углов ϕm и χm при известной высоте орбиты спутника путем установленных соотношений определяют эпицентральное расстояние R от эпицентра источника до подспутниковой точки и высоту источника h. При необходимости можно по измеренным значениям углов определить надирный угол θ источника, т.е. определить его угловые координаты.

Предлагаемый способ отличается от прототипа тем, что не требуется прямая видимость на источник и не требуется измерять надирный угол источника. Другое отличие - это отсутствие необходимости точно фиксировать время прихода прямого излучения от импульсного сферического источника. Третье отличие - не требуется применение оптических средств кругового обзора в 4π стерадиан.

Схема реализации способа представлена на фиг. 1, где показаны: 1 - сферический источник ультрафиолетового излучения; 2 - оптическое поляриметрическое устройство, установленное на спутнике; 3 и 3' - оптические оси двух оптических каналов; 4 - вертикальная ось, вокруг которой вращаются два канала; 5 - подспутниковая точка; 6 - искомое эпицентральное расстояние; 7 - высота источника; 8 и 8' - точки, в которых происходит рассеяние оптического ультрафиолетового излучения; 9 - прямой луч от источника в точку рассеяния; 10 и 10' - рассеянные лучи; 11 - направление вращения плоскости референции; 12 - направление на источник.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем. Пусть на большой, более 40 км, высоте от земной поверхности возник сферический источник ультрафиолетового излучения. Ультрафиолетовые лучи интенсивно рассеиваются атмосферным воздухом на высотах порядка 30 км, приобретая значительную степень поляризации около 0,8. Рассеивающий слой относительно тонок по сравнению с высотой орбиты спутника, поэтому на фиг. 1 этот слой условно совмещен с плоскостью XOY координатной системы XYZ. Высота источника отсчитывается от этого слоя. Прямой луч 9, попадая в точку 8, рассеивается по направлению 10 и попадает в поле зрения одного из двух каналов оптического поляриметрического устройства 2. Оси полей зрения каждого канала ориентированы под заданным углом γ относительно надира. Апертура полей зрения такова, что они не пересекаются на земной поверхности. Точки 2-5-8 на фиг. 1 образуют плоскость референции, которая вращается вокруг общей вертикальной оси 4. Вращение происходит в направлении 11. Когда сигнал от поляризованной компоненты в обоих каналах равен нулю, то это означает, что угол ϕ=0, поскольку только в этот момент плоскость рассеяния, образуемая точками 1-2-8, совпадает с плоскостью референции 2-5-8, и, следовательно, плоскость поляризации перпендикулярна оси полного пропускания поляризационных анализаторов, установленных в каждом оптическом канале. При равномерном вращении плоскости референции по направлению 11 в некоторый момент оптический сигнал от поляризованной компоненты в точке 8 достигает максимума, поскольку в этот момент плоскость рассеяния 1-2-8 перпендикулярна плоскости референции и, следовательно, ось полного пропускания поляризационного анализатора в этом канале совпадает с плоскостью поляризации регистрируемого излучения, т.е. в этом канале азимут поляризации χ=0. В этот момент измеряют угол ϕm, соответствующий максимуму поляризованной компоненты в данном канале. Одновременно измеряют азимут поляризации χm в другом, противоположном канале. Эпицентральное расстояние R от точки О до подспутниковой точки 5 определяют по установленному соотношению:

где Н - известная высота орбиты спутника; γ - надирный угол поля зрения оптического канала; ϕm - измеренный угол поворота плоскости референции, при котором наблюдают максимум поляризованной компоненты в одном из каналов регистрации; χm - измеренный азимут поляризации в другом, противоположном канале. Высоту источника h определяют по установленному соотношению:

При необходимости можно определить и надирный угол источника θ по установленному соотношению:

Таким образом, измерив углы ϕm и χm, при известной высоте орбиты спутника и заданной величине угла γ определяют не только угловые, но пространственные координаты источника, не наблюдая его самого.

Источники информации:

1. Заявка на изобретение №2016134327 от 22.08.2016 «Способ определения местоположения короткоимпульсного высотного источника рентгеновского излучения с помощью средств космического базирования», авторы: Пузанов Ю.В., Ковалевская О.И.

2. Шерклифф У. Поляризованный свет. - М.: Мир, 1965.

3. Пузанов Ю.В. Поляризация излучения как индикатор расстояния до импульсного источника. - Известия РАН, серия «Физика атмосферы и океана», 1993, т. 29, №4, стр. 574-576.

Способ определения эпицентрального расстояния и высоты сферического источника ультрафиолетового излучения с помощью средств космического базирования, включающий регистрацию рассеянного земной атмосферой излучения от источника и измерение поляризационных характеристик регистрируемого излучения, отличающийся тем, что рассеянное излучение регистрируют не менее чем в двух оптических каналах, оптические оси которых ориентированы под углом относительно надира и которые вращаются вокруг общей вертикальной оси, причем оси полей зрения каждой пары оптических каналов и их общая ось вращения лежат в одной плоскости референции, а в пределах апертуры каждого канала устанавливают поляризационные анализаторы, у которых оси полного пропускания поляризованной компоненты регистрируемого излучения лежат в этой же плоскости референции, при вращении плоскости референции измеряют амплитуду оптического сигнала от поляризованной компоненты, фиксируют угол поворота плоскости референции, при котором этот сигнал в обоих каналах данной пары равен нулю, измеряют угол поворота плоскости референции, который отсчитывают от фиксированного угла, при котором в одном из каналов данной пары сигнал от поляризованной компоненты достигает максимума, в этот момент измеряют азимут поляризации в противоположном канале, а эпицентральное расстояние R и высоту источника h определяют по формулам:

и

где γ - надирный угол поля зрения каждого канала данной пары; Н - высота орбиты спутника; ϕm - измеренный угол поворота плоскости референции; χm - измеренный азимут поляризации.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к бурению скважин, в частности к устройствам регистрации гамма-излучения. Предложено устройство вращающейся секции роторной управляемой системы, содержащее: внешний корпус; приводной вал, находящийся по меньшей мере частично внутри внешнего корпуса и вращательно независимый от внешнего корпуса; буровое долото, присоединенное к приводному валу; и по меньшей мере один детектор гамма-излучения, вращательно присоединенный к приводному валу внутри внешнего корпуса.

Использование: для геофизических исследований параметров геологических пластов методом компенсированного нейтрон-нейтронного каротажа. Сущность изобретения заключается в том, что устройство содержит цилиндрический охранный корпус, внутри которого последовательно вдоль его оси размещены источник быстрых нейтронов, защитный экран, ближний и дальний детекторы тепловых нейтронов.

Использование: для исследований параметров пластов и технического состояния скважин методом гамма-гамма каротажа. Сущность изобретения заключается в том, что скважинное устройство гамма-гамма каротажа содержит цилиндрический охранный корпус, цилиндрический экран, соосный с охранным корпусом и содержащий коллимирующие отверстия, находящиеся напротив источника гамма-квантов и гамма-детекторов, источник гамма-квантов, гамма-детекторы малого и большого зондов расположены внутри цилиндрического экрана последовательно вдоль оси охранного корпуса, причем малый зонд включает в себя один гамма-детектор, соосный с охранным корпусом и расположенный на расстоянии L1≈20 см от источника гамма-квантов, а большой зонд включает в себя шесть гамма-детекторов, подобных детектору малого зонда и расположенных по ту же сторону от источника гамма-квантов, что и детектор малого зонда, равномерно в поперечном сечении охранного корпуса, на расстоянии L2=2⋅L1 по оси охранного корпуса от источника гамма-квантов, при этом устройство содержит дополнительный зонд, включающий в себя шесть или более гамма-детекторов, подобных детектору малого зонда и расположенных в экране на расстоянии L3≥3⋅L1 по оси охранного корпуса от источника гамма-квантов по ту же сторону от источника гамма-квантов, что и детекторы большого зонда, равномерно в поперечном сечении охранного корпуса.

Использование: для геофизического исследования скважин. Сущность изобретения заключается в том, что прибор для геофизического исследования скважин может состоять из устройства для крепления генератора в скважинном приборе и генератора излучения, находящегося в устройстве для крепления генератора в скважинном приборе.

Использование: для геофизического исследования скважин. Сущность изобретения заключается в том, что прибор для геофизического исследования скважин может состоять из устройства для крепления генератора в скважинном приборе и генератора излучения, находящегося в устройстве для крепления генератора в скважинном приборе.

Изобретение относится к ядерной геофизике, а более конкретно к области ядерно-физических определений плотности горных пород, пересекаемых буровой скважиной, приборами, доставляемыми в интервал проведения исследований на буровом инструменте.

Изобретение относится к технологии контроля стабильности внутренних барьеров безопасности в пунктах консервации уран-графитового реактора. Способ контроля стабильности внутренних барьеров безопасности в пунктах консервации уран-графитового реактора включает в себя одновременное генерирование и регистрацию гамма-квантов и нейтронов с помощью детектора, покрытого слоем кадмия, детерминирование гамма-квантов по энергиям, измерение плотности пород, при этом предварительно при создании внутренних барьеров безопасности устанавливают инспекционные каналы в виде обсадных труб в количестве не менее трех в местах для проведения гамма-каротажа в реперных точках, выбранных с учетом индивидуальных конструктивных особенностей уран-графитового реактора, регистрируют фоновый гамма-спектр, определяют места просадки радиоактивных внутриреакторных конструкций с течением времени с помощью специального малогабаритного зондирующего устройства, состоящего из генератора нейтронов, системы детекторов для регистрации гамма-излучения и тепловых нейтронов, защитного корпуса, после чего проводят импульсный нейтрон-нейтронный каротаж в соответствующих реперных точках для обнаружения полостей в местах усадки глиносодержащей засыпки, одновременно проводят импульсный нейтронный гамма-каротаж для определения влагосодержания в используемых барьерных материалах.

Изобретение относится к геофизическому приборостроению, в частности к средствам гамма-гамма каротажа, а именно к области метрологического обеспечения скважинной геофизической аппаратуры и созданию стандартных образцов для калибровки скважинной аппаратуры.

Использование: для управляемой скважинной генерации ионизирующего излучения без использования радиоактивных изотопов химических элементов. Сущность изобретения заключается в том, что устройство для управляемой скважинной генерации ионизирующего излучения (12) включает, по меньшей мере, термоэлектронный эмиттер (11), расположенный в первой оконечной части (7а) электрически изолированного вакуумного контейнера (9), и лептонную мишень (6), расположенную во второй оконечной части (7b) электрически изолированного вакуумного контейнера (9).

Использование: для количественного определения содержания радиоактивных элементов горных пород. Сущность изобретения заключается в том, что выполняют облучение исследуемой среды в скважине источником радиоактивного излучения, регистрацию интенсивностей гамма-излучения, усиление и оцифровку зарегистрированных сигналов, передачу их на поверхность и автоматическую стабилизацию энергетической шкалы, включающую восстановление нулевого уровня усиленного выходного сигнала, при этом осуществляют периодическое накопление зарегистрированных сигналов в виде амплитудных спектров, а восстановление нулевого уровня усиленного выходного сигнала производят в циклическом режиме, в начале каждого периода накопления амплитудных спектров.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в приборах кругового и секторного обзора, обнаружения, сопровождения и телевизионной регистрации морских и наземных объектов.

Изобретение относится к оптикоэлектронике, пассивной оптической локации и наземным системам обнаружения воздушных объектов и может быть использовано для обнаружения и распознавания малоразмерных воздушных объектов различного типа: беспилотных летательных аппаратов, птиц, воздушных шаров и других объектов, представляющих опасность для воздушного движения.

Изобретение относится к области фотоэлектронной измерительной техники и касается способа формирования апертурной характеристики датчика позиции отдаленного источника излучения.

Изобретение может быть использовано для построения местной вертикали по изображению горизонта Земли при ориентации и навигации космических летательных аппаратов.

Изобретение может быть использовано в системах наблюдения, выполненных на матричных фотоприемных устройствах (МФУ). Оптико-электронное устройство (ОЭУ) содержит оптическую систему, в фокальной плоскости которой расположено МФУ, выходы которого через многоканальное устройство аналоговой обработки (УАО) подключены к многоканальному аналого-цифровому преобразователю и далее через мультиплексор к видеовходу устройства видеообработки и управления (УВУ), а также блок управления, вход которого подключен к первому выходу УВУ, а соответствующие выходы подключены к управляющим входам многоканального УАО и МФУ, и устройство интерфейса, видеовход которого подключен к видеовыходу УВУ, а видеовыход является видеовыходом ОЭУ.
Изобретение относится к области приема и преобразования лазерного излучения и может быть использовано для регистрации лазерного излучения, воздействующего на космический аппарат.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в приборах кругового и секторного обзора, обнаружения, сопровождения и телевизионной регистрации морских и наземных объектов.

Изобретение относится к области оптико-электронного приборостроения и может быть использовано в приборах кругового и секторного обзора, обнаружения, сопровождения и телевизионной регистрации морских и наземных объектов.

Изобретение относится к области оптических измерений и касается способа определения угловых координат на источник направленного оптического излучения. Способ включает в себя привязку положения фоточувствительных элементов матричного фотоприемника оптико-электронного координатора к декартовой системе координат, прием излучения, выделение не менее шести фотоэлементов матричного фотоприемника, сигналы на выходе которых равны между собой, определение их координат и вычисление по их значениям угла места и азимута источника излучения.

Изобретение относится к оптикоэлектронике, пассивной оптической локации и наземным системам обнаружения воздушных объектов и может быть использовано для обнаружения и распознавания малоразмерных воздушных объектов различного типа: беспилотных летательных аппаратов, птиц, воздушных шаров и других объектов, представляющих опасность для воздушного движения.

Изобретение относится к оптикоэлектронике, пассивной оптической локации и наземным системам обнаружения воздушных объектов и может быть использовано для обнаружения и распознавания малоразмерных воздушных объектов различного типа: беспилотных летательных аппаратов, птиц, воздушных шаров и других объектов, представляющих опасность для воздушного движения.

Изобретение относится к способам определения координат источников электромагнитных излучений с помощью средств космического базирования путем регистрации и измерения поляризационных характеристик регистрируемого излучения. Технический результат – повышение точности определения местоположения сферического источника ультрафиолетового излучения в условиях отсутствия прямой видимости. Способ заключается в том, что при помощи оптического поляриметрического устройства, установленного на космическом аппарате с известной высотой орбиты, регистрируют ультрафиолетовое рассеянное земной атмосферой излучение от сферического источника. Излучение регистрируют не менее чем в двух оптических каналах, оптические оси которых ориентированы под определенным углом относительно надира и которые вращаются вокруг общей вертикальной оси. Оптические оси каналов и их общая ось вращения лежат в одной плоскости референции. В каждом канале устанавливают поляризационные анализаторы, у которых оси полного пропускания поляризованной компоненты лежат в этой же плоскости референции. При вращении плоскости референции измеряют амплитуду сигнала от поляризованной компоненты регистрируемого излучения и фиксируют положение плоскости, при котором сигнал в обоих каналах данной пары равен нулю. При дальнейшем вращении измеряют угол поворота плоскости референции относительно зафиксированного положения, при котором в одном из каналов данной пары сигнал становится максимальным. В этот момент измеряют азимут поляризации в противоположном канале. По измеренным значениям углов определяют эпицентральное расстояние источника и его высоту, используя установленные соотношения. 1 ил.

Наверх