Способ оптического зондирования атмосферы

(5)5 6 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ световой и с последующим преобр ичины по трассе луча. последу нергии в ии элект- искомой осферы апазоне омощью ой переерения к ность ра- зможио- етности-вторых, и, и в- ебуется ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР(71) Специальное конструкторское бюро научного приборостроения "Оптика" СО АНСССР и Институт оптики. атмосферы СО АНСССР(54 Н 57) 1: СПОСОБ ОПТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ путем излучения ватмосферу световой энергии, часть которойиспользуют в качестве гетеродинного луча,гетеродинного приема обратно рассеянной Изобретение 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 спектральной 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 зованием световых сигналов в электрические, усиления на промежуточной частоте, регистрации электрических сигналов и вычисления искомой величины, о т л и ч а ющ и й с я 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, о тл и ч а ю щи й с я тем, что изменяют промежуточную. частоту гетеродинного приемника и вычисляют профиль искомой величины по трассе луча.3. Способ по п.1, о т л и ч а ю щ и й с я. Я тем. что перестраивают излучение источника по линейному закону с переменной скоростью и вычисляют профиль искомой рассеянного светового излучения с ющим преобразованием световой э электрические сигналы, регистрац рических сигналов и вычисления величины.Измерение параметров атм вдоль всей трассы в заданном ди частот мржно производить лишь с и серии измерений с последовательн стройкой частоты источника от изм измерению, что ухудшает оператив боты и сужаетфункциональные во сти. Во-первых, ввиду дискр перестройки частоты теряется част мации об исследуемом объекте, во увелйчивается время регистраци третьих, для реализации метода тр5 10 числения искомой величины, перестраива 25 30 прохождения сигнального луча по трассе зондирования изменяется, изменяется и ча стота гетеродинного луч а, т.е, создается лучом гетеродина. При этом гетеродинным приемником регистрируется только та часть димость в введении коммутации, что, в свою очередь, дает выигрыш во времени, так как отпадает необходимость в последователь 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 рассеянного излучения, разность частот ко.торого 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 необхоном извлечении информации из каждого импульса в отдельности.На чертеже представлена блок-схема устройства, реализующая данный способ,Устройство содержит источник излучения 1. светоделитепьную пластину 2. зерка 40 45 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 законув=во+ Ч,т, (1)дгде Ч = - скорость перестройки частотыфф Фисточника,т - текущее время,во - значение частоты в начальный момент времениЗа время прохождения луча по трассе"излучатель - отражающий объем - гетеродинный приемник" частота источника изменится и станет равнойа 1 = ао +УаО,Р)где 11 - время пробега луча.Такой становится и частота гетеродинноголуча, таккак в качестве него служитчасть излучения источника. В гетеродинномприемнике происходит смешение сигнального и гетеродинного лучей и усилителемпромежуточной частоты усиливается сигнал, равный разности частот, причем усиливается сигнал, отраженный только отобъема, удаленного на расстояние2, 2 Чм 2 Чгде вор - промежуточная частота гетеродинного приемникаС - скорость света,Чд - скорость перестройки частоты.За время пробега луча по трассе зондирования до отражающего объема и обратночастота источника излучения изменяется, аразность частот в 1 - йЪ становится такой,что попадает в полосу усиления усилителяпромежуточной частоты гетеродинного приемника, т,е, гетеродинный приемник в данном случаепроводит селекцию поотражающему объему и пропадает необходимость в коммутации. При этом величинаотражающего объема определяется соотношением:1103 Ю 5 ка, а не через определенный интервал изме.нения 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 горизонталь ных, наклонных и вертикальных трассах.Причем длина трассы может легко перестраиваться в процессе эксперимента,При использовании данного изобретения увеличиваются функциональные воз можности метода: возможность измеренияпараметров линий поглощения и их измене- ний по трассе луча (благодаря непрерывной перестройке частоты источника), что позволяет определять профили температуры, кон центрации газов и плотности атмосферы,.кроме того, увеличивается точность измерений, так как последние производятся длянепрерывных сигналов, а известно, что точность измерения непрерывных сигналов 25 значительно выше, чем импульсных. СоставительТехред М.Моргентал Гиринск рректор О.Кравцо едак Заказ 4062 Тираж ВНИИПИ Государственного комитета по изо 113035, Москва, Ж, Ра,Гагарина. 10 рэизводсгвенно-издательский комбинат "Патент", г, Ужго ЛЧ=Л 1 5=- "- С Я (4)2 Ч.агде Ьйьр - ширина фильтра промежуточной частоты гетеродинного приемника,Я - площадь сечения зондирующего луча,С - скорость света,Ч, - скорость перестройки частоты,Для изменения трассы зондированиянеобходимо изменять направление углазрения приемной и излучающей систем ивносить изменения в систему коммутации,чтобы принимался сигнал именно с данного объема, удаленного на данное расстояние. В предлагаемом способе длину трассызондирования можно легко изменить, каквидно из формулыоь С2 Чыизменяя скорость перестройки частоты источника Ч, либо частоты усилителя рромежуточной частоты гетеродинногоприемника алч. Кроме того, частота источника в базовом объекте перестраиваетсяскачками. Для получения же информации повсему диапазону измерения частот источниПодписноеетениям и открытиям при ГКНТ ССС ская наб., 4/5