Способ определения структурной характеристики атмосферной турбулентности

(71) Институт оптСО АН СССР(56) Авторское св У 386325, кл. С 0Известия ВУЗов 1981, 24, В 3, с етель й 21/ - Рад 8-302 СТРУКЕРНОЙ в истрасс ения ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ ВТОРСНОМУСВИДЕТЕЛЬСТВ(54)(57 У СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОС ТУРБУЛЕНТНОСТИ путем посылк следуемый объем атмосферы п зондирования лазерного излучг и приема обратно рассеянного излучения, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повьшения точности, оперативности и дальности измерений, осуществляют посыпку коллимированного лазерного излучения, в принятом обратно рассеянном излучении определяют величины случайных смещений изображения исследуемого рассеивающего объема и по дисперсии этих величин с учетом радиуса посыпаемого пучка излучения, зенитного угла трассы зондирования и превышения Ф высоты исследуемого рассеивающего объема над высотой источника посыпки лазерного пучка судят о значениях искомого параметра.1217074 5О15 20 25Изобретение относится к областиатмосферной оптики и может быть использовано для определения оптических и метеорологических параметроватмосферы,Цель изобретения - увеличение точностиоперативности и дальности из"меренпй структурной характеристикиатмосфернои турбулентности,На Фиг, 1 изображена бистатическая схема устройства для реализациипредложенного способа; ца фиг. 2 -моностатическая схема указанногоустройства.Способ заключается в том чтоисточник 1 непрерывного (фиг.1) лазерного излучения направляетс помощью телескопической оптической сис.темы 2 под зенитным углом 9 пучокизлучения через слои турбулентнойатмосферы длиной .Ь в исследуемыйрассеивающий объем 3 длиной 1, гдепучок рассеивается на частицахаэрозоля и, возвратившись назад, попадает в приемную систему 4, В фокальной плоскости приемной линзыустанавливается фотоприемник устройства 5 измерения случайнйх смещений изображения.По полученным данным с учетомрадиуса посылаемого пучка излученияо . зенитного угла .9 трассы зондирования и превышения высоты И исследуемого рассеивающего объема надвысотой источника излучения судято значениях искомого параметра.При моностатической схеме зондирования (Фиг.2) импульсный источник6 посылает с помощью оптическойсистемы 7 излучение в исследуемыйрассеивающий объем 3. Рассеянноеобратно излучение попадает на светоделительную пластину 8 и на фотоприемник устройства 9 измеренияслучайных смещений изображения, покоторому судят об .исследуемом параметре.При посылке в исследуемый объематмосферы коллимировацного лазерного излучения и приеме обратно рассеянного излучения принятый полныйсветовой поток через объектив при-,емной системы определяется выраже нием б =8 6.где величина 6, совпадает с дисперсией случайных смещений иэображения рассеивающего объема на расстоя ниц 1- от источника излучения, а 6 определяет дисперсию случайных- смещений изображения протяженного некогерентного источника, размеры которого совпадают с размерами рас- сеивающего объема.Первое слагаемое обусловлено случайными искажениями фазового фронта пучка на пути к рассеивающему объему. Эти искажения (наклоны фазового фронта) вызывают случайные изменения положения зондиру". ющего пучка .в пространстве как целого, следовательно, вызывают дрожание следа пучка и изображения рассеивающего объема. Второе слагаемое связано с искажениями Фазы волны на пути от рассеивающего объема к приемной системе. Таким образом, дрожание изображения определяется двумя явлениями "- дрожанием зондирующего пучка на расстоянииь от передатчика и дрожанием изображения протяженного некоге- . рентного источника, размеры которого совпадают с размерами объема рассеяния. При бистатической схеме зондиро ванин (фиг. 1) с непрерывным (полностью когерентным) лазерным источником ( 9.( 3 ,- угол расходимости пучка) выражение (1) принимает вид6:1,1 а, вес 9 с н)1-1)н)ш( нн) 1 Й,и(й)где о(= О 86 (а, ) Ьоз Одлина рассеивающего объема, 1 = о + 40+Г; -, угол поля зрения приемной системы, определяемый размером полевой диафрагмы; 9 - зенитный угол трассы; С 1 - диаметр приемника; а, - радиус посыпаемого лаэерного пучка; СИ) - структурнаяЪхарактеристика показателя преломления атмосферной турбулентности; Нпревьппение исследуемого объема надисточником излучения; 1 - переменнаяинтегрирования.В этой схеме зондирования изображение рассеивающего объема представляет собой протяженную светящуюсянить с продольным размером, равным55Г /Ь.,и поперечньм - Г, Г /1 где,Г - фокусное расстояние приемнойлинзы, а 1= а, Измеряя значениядисперсии 6 (Ь) для дискретного, Заказ 1090 Подписное ВНИИНИ Государственного комитета ССС по делам изобретений и открытий13035, Москва, Ж, Раушская наб Рдф ППП "Патент", г.ужгород, ул.Проектная,Фил 3.набора значения высот рассеивающего объема,над подстилающей поверхностью Ь, ( л = 1,2ь), иэ интегрального уравнения восстанавливают высотный профиль.При Гй, (продольный размер рассеивающего объема много больше поперечного) за счет усреднения фазовых флуктуаций.по протяженному некогерентному источнику дисперсия 6 . становится мала по сравнению сЮ6 ( д. 1), поэтому слагаемымЭвида о (1 -1 /Н)в подынтегральном выражении.в формуле (2) можно. пренебречь. При этом интегральное уравнение для определения С.(Ь) принимает видН8 Сиуа,1 а,аесаДсИКз-ПЙЗ дЙ,. Сз) Выбор в качестве зондирующего пучкаслаборасходящегося ( Ч 4 3 ) типаИзлучения позволяет повысить точ-,йасть, оперативность измерения С,а также дальность зондирования..4сВ случае слаборасходящегося пучка, когда средний размер пучка нарасстоянии Ь от излучателя Р, (1.)остается близким к своему начальному размеру, т.е. 1 (1,) - ., дисперсия. дрожания изображения следаб 7пучка в рассеивающей среде ойи параметр С связаны,простьпчи ли"нейными (6 с ) соотношениями 10 вида (2), (3).В других же случаях при Р 1,(,Ь)Ка,или(Е)а, связь 0, и Сь. истанбвится нелинейной.При моностатической схеме,зондирования, т.е. в случае импульсногоисточника (фиг.2), величина К сов"падает с размером .зондирующего пучка(Юг)Длина объема рассеяния и пространсгвенное разрешение определяются длительностью импульса.