Способ оптико-акустического зондирования атмосферы

(19) ( 1) 51)с 6 01 ЧЧ 1/00 НИ БРЕТЕ ИДЕТЕЛ Ь СТВ АВТОРСКОМ манаева феры То ог АКУСТИЧЕСКООСФЕРЫ, путем асть атмосферы ма возникш его увеличетров ат- ионнымшееЪ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Институт оптики атмофилиала СО АН СССР(54)(57) СПОСОБ ОПТИКГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМпосылки в исследуемую олазерного импульса, пр Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано для измерения таких параметров атмосферы, как температура и скорость ветра.Целью изобретения являетсяние дальности измерения параме мосферы параметров дистанц способом,Поставленная цель достигается тем, что в исследуемый слой атмосферы посылают лазерное импульсное излучение, принимают возникающий акустический импульс, а об искомых параметрах судят по интервалу времени между посылкой лазерного и приемом акустического сигнала.На частоте, отличной от частоты первого лазерного импульса на величину частоты звукового диапазона, параллельно посылают лазерный импульс, перекрывающийся с ним на заданной высоте.В атмосфере при одновременном распространении двух коаксиальных монохроматических лазерных излучений с близкими частотами 1 и 12 в области их перекрытия в результате взаимодействия лазерных излучений будет генерироваться мощное акустическое излучение с частотой (1 - 12), направление распространения которого акустического импульса и определения искомого параметра по интервалу времени между посылкой лазерного и приемом акустического импульса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения дальности зондирования, одновременно на частоте, отличной от частоты первого лазерного импульса на величину частоты звукового диапазона, параллельно посылают второй лазерный импульс, перекрывающийся с первым импульсом на заданной высоте,перпендикулярно оси лазерных пучков, а фронт волны цилиндрический. Осуществляя посылку лазерных импульсов под углом а к поверхности земли, можно зарегистрировать акустический импульс, возникающий на дальности посылки лазерного излучения, помещая акустической приемник на расстоянии Ь от лазерных передатчиков на поверхности земли и ориентируя его приемную антенну перпендикулярно оси лазерных излучений.На фиг.1 изображено устройство, осуществляющее данный способ, где 1 и 2 - лазерные передатчики, оси излучения которых параллельны, а диаграммы направленности перекрываются в заштрихованной области, 3 - остронаправленный акустический приемник, антенна которого ориентирована перпендикулярно осям лазерных передатчиков, Ь 1 - расстояние между лазерными передатчиками и акустическим приемником,Из гесмет(гии фиг,т следует: Й = (тс гт, Ь =- (")/1 + т 9 2 гу . Следовательно, акУстический импульс, возникающий на дальности 1 посылки лазерного импульса, можно зарегистрировать, помещая акустический приемник на расстоянии г) = /1+ у 9 2 г . Таккак скорость звука много меньше скорости света, можно считать, что акустический импульс возникает одновременно с посылкой лазерных импульсов. Фиксируя время прихода акустического импульса, можно определить время прохождения 1 звуковым импульсом известного расстояния Р = =Ьзпа. Скорость распространения звука сзв = Рй = Ь 1 зи а/т связана со средней абсолютной температурой Щ слоя атмосферы известным соотношением: сэва = 20,06 х хГ При осуществлении одновременных разнесенных в пространстве измерений задержек можно измерить профиль абсолютной температуры, помещая остронаправленные акустические приемники на различных расстояниях Ь от лазерных передатчиков, Для определения величины и направления скорости ветра необходимо провести три измерения, разнесенные в горизонтальной плоскости. Источником звука в данном способе зондирования будет одновременно вся область перекрытия лазерных излучений, и может .считать, что цилиндрическая звуковая волна возникает одновременно вдоль всей оси области перекрытия лазерных пучков, Частоты излучения лазеров выбираются так, чтобы (11 - 2) = =Гак, где 1 ак - рабочая частота звукового диапазона,Выбор периода повторения 11 лазерных импульсов обусловлен конечным временем распространения акустической волны. Для пространственной селекции импульсов звука при данной дальностипосылки лазерного излучения необходимо. чтобы акустический импульс успевал регистрироваться приемником до посылки следующих лазерных импульсов, Среднее время прохождения звуком трасы Р = щ а составляет тср = 1 я Осо, где со - средняя скорость звука. Следовательно, период повторениями лазерных импульсов должен быть больше асср, т.е. ОР/со.Для работы используются устройства,изображенное на фиг.2, где 1 - лазер, рабо- "5 тающий ха частоте 1, 2- лазер, работающийна частоте 12, 4 - синхронизатор, 5 - остронаправленная антенна акустического приемника, в качестве которой может быть использована решетка электроакустических преобразователей, 3 - акустический приемник, 6 - измеритель интервалов времени, 7 - вычислительное устройство, которое может быть реализовано на базе любой ЭВМ,25Преимуществом предлагаемого способа является существенно большая дальность зондирования, а также возможность использования в качестве источников обычных лазеров, серийно выпускаемых промышленностью, Кроме того, существенно уменьшается энергоемкость системы,839386 оставительехред М.Моргентал ректор Н, Бучо ктор Т. Шарганов зводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул,Гагарина,Заказ 566 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 313035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5