Способ измерения профиля границыраздела двух сред

 

Соеоз Советскик

Социалистическим

Республик

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОИ:КОМУ С ТИЛЬСТВУ

<н1 800642 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву, (22) Завалено 23. 01.79 (21) 2734171/18-10 ()hA Kh

С ПРСОЕДИ® ЭаЛВ Но

G 01 С 13/00

Государственный комитет

СССР но делам изобретений и открытий (23) Г1риоритет

Опубликовано 30.0131. Бюллетень ИЯ 4 (53) УДК 528.517 (088.8) Дата опубликования описания 30. 01. 81 (72) Авторы изобретения

В.В. Половинко, Д.A. Романов и A.Ä. Плутенко

Московский институт инженеров геодезии, аэрофотосъемки и картографии и Дальневосточный политехнический институт им. В.В. Куйбьтаева (73) Заявители (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ГРАНИЦЫ

РАЗДЕЛА ДВУХ СРЕД! с

Г

I (:!,;„- :

1, Ьде с п

Изобретение относится к океанографическим исследованиям и может быть использовано, например для измерения профиля волн и дна океана.

В современной океанографии для измерения профиля границы раздела двух сред применяют способ с измерением углов триангуляции (1).

Известный способ не позволяет простыми средствами измерить профиль границы раздела двух .сред.

Наиболее близким к предлагаемому является способ измерения профиля границы раздела сред путем использования фазового светодальномера, 15 включающий излучение в направлении границы раздела двух сред светового потока непрерывно промодулированного по амплитуде, прием отраженного излучения и измерение разности фаз прини- 20 маемого и излучаемого световых потоков (2).

Недостаток известного способанизкая помехозащищенность и дальность действия в воде. Это обусловлено тем, что излучение светодальномера интенсивно рассеивается водой, после чего создает фоновые засветки, которые уменьшают соотношение сигнал! .шум и дальность измерений. 30

Цель изобретения — повьиаение помехозащищенности и дальности измерений в воде.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения профиля границы раздела двух сред путем использования фазового светодальномера, в процессе приема светодальномером фонового излучения и излучения отраженного от границы раздела двух сред ослабляют мощность принятого излучения по функции

f(z) с/(nz + i) — масштабный коэффициент; — показатель преломпения воды;

z" — расстояние, проходимое излучением в воздухе,"

z — расстояние, проходимое излучением в воде.

Исследования показали, что манность фонового излучения, обусловленного однократным рассеянием s во". де излучения светодальномера, прийимаемого им в процессе работы, равна

1 б-ес < dt () =Y, T " (-ю

800642 а отношение максимального сигнала к шуму, обусловленного рассеянием в воде, равно б - Ес z/U р=9»" . с (pu»ez< ) В этих »1 > 1 г г/с уравнениях обозначено: коэффициенты подобия; время прохождения излучения в воде; t0 мощность излучения светодальномера; скорость света в воде; показатель ослабления воды, г» () 15

U = 1 + с /nz

f (z) = с/(nz + z) 25

В этом случае отношение сигнал/шум увеличивается и,при c=const описывается соотношением б-Ec z

Р 4 "гесс*

» (3)

При Ег» 2 коэффициент увеличения р определяется равенством

35 (4) К = nE.z (1 + z/nz ) На чертеже изображены графики изменения средней мощности излучения, принимаемого фазовым светодальноме- 40 ром, от расстояния, пройденного излучением в воде, где кривая 1 излучение, однократно рассеянное водой; кривая 2 — излучение, отраженное на границе раздела двух сред; кривая 3 — излучение, ослабленное при приеме по функции f(z). Штриховкой показаны площади, ограниченные кривыми 1 и 3, показывающие величину шума фона, обусловленного рассеянием излучения в воде.

Иэ графика (кривые 1 и 3) следует что при ослаблении принятого излучения по функции f(z) уменьшается шум фона и вследствие этого увеличивается отношение сигнал/шум.

Таким образом, ослабление принимаемого излучения цо функции f(z) позволяет увеличить дальность измере ния при более высоком отношении сигнan/øóì. 60

Например, для измерения профиля дна океана, при более высоком отношении сигнал/шум и дальности измерений, используют фазовый лазерный дальномер с линзовым .приемным у5

Анализ уравнений (1) и (2) показывает, что увеличение р и даль- 20 ности измерения может идти по пути искусственного ослабления принимаемого излучения по функции. телескопом. В дальномере для ослабления в процессе приема мощности принятого излучения по функции f(z) используют фильтрационные свойства приемной оптической системы.

В фокальной плоскости объектива приемного линзового телескопа светодальномера установлена полевая диафрагма, размеры которой выбирались в соответствии с уравнением (5) где f — фокусное расстояние объектива телескопа; площадь входного зрачка объектива телескопа;

S площадь сечения лазерного пучка лучей на расстоянии г с,„/2.

Такая приемная система йозволяет ослабить принимаемое лазерное излучение в диапазоне измерения дальности в воде 0 + z ä /2 по функции

f(z).

При этих параметрах приемной системы светодальномера и малой расходимости лазерного излучения, размеры поля излучения в фокальной плоскости объектива, принятого с малых расстояний превышает размеры полевой диафрагмы. Вследствие этого принятое излучение проходит на фотоприемник только частично,пропорционально отношению площади полевой диафрагмы S n,д. к площади S сечения поля излучения в фокальной плоскости объектива. При увеличении расстояния z размеры поля излучения в фокальной плоскости уменьшаются и. и увеличивается отношение

При z z „,,Sn з = SF, и излучение, прошедшее объектйв, полностью попадает на фотоприемник. Таким образом, приемная система фазового светодальномера ослабляет мощность принятого излучения по функции f(z) .

Использование предлагаемого способа измерения профиля границы раздела двух сред обеспечивает по сравнению .с известными способами следующие преимущества» повышение помехозащищенности при измерениях в воде; возможность проведения измерений на более высоких дальностях, что значительно повышает эффективность использования фазовых светодальномеров для исследования дна океана.

Формула изобретения

Способ измерения профиля границы раздела двух сред путем использова800642

f(z) = c/(nz + z) Составитель Н ° Христич

Техред A. Ач Корректор Е. Папп

Редактор В. Матюхина

Тираж 653 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 10395/48

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 ния фазового светодальномера,включающий излучение в направлении границы раздела двух сред светового потока непрерывно промодулированного по амплитуде, прием отраженного из лучения и измерение разности фаз принимаемого и излучаемого световых потоков, по которым измеряется профиль границы раздела двух сред, отличающийся тем, что, с целью повышения помехозащищенности и дальности измерений в воде,в процесса приема ослабляют мощность принятого излучения по функции где. с — масштабный коэффициент.

z+ — расстояние, проходимое излучением в воздухе; г — расстояние, проходимое излучением в воде.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вurrows D.W., Hadwin «J.F.À

Scanned Laser and Fracking System

for Sea Floor, Profiling and Precision

Survey. lEEE, Ocean 73, Int. Conf.

Eng. Ocean Environm., Wash., 1973;

New Jork. 1973, р. 34-43.

2. Ross В.В. Observing Ocean

Surface Waves with à Helium - Neon

Laser "Nav. Oceanogr. Office".

15 Washington, 1969, 20390 (прототип).