Способ определения прозрачности атмосферы

ОП ИСАНИЕИЗОБВЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(51)М. Кд. 0 01 ЪФ 1/00 Гееудерстееииый кемитет СССР де делам иэееретеиий и етерытий(53) УДК 551508. . 92(088,8),(72) Автор изобретения В. Н, Марицев т оптики атмосферы Томского фирского отделения АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРАЧНОСТИ АТМОСФЕР Изобретение относится к анализу состояния атмосферы оптическими мето дами и может быть использовано для дистанционного определения прозрачности атмосферы, информация о которой нужна аэропортовым службам, в м теорологии, для контроля загрязненности атмосферы и для прогноза рабо локационных оптических систем и систем оптицеской связи. т в) (О е- для случая отражения излучения от 5 1объекта,ты о имаемо Известен способ определения проз" рачности атмосферы путем посылки в атмосферу в нужном направлении опти" ческого излучения и приема рассеянного воздухом или объектом в сторону приемника излучения с последующей регистрацией полностью лоступившего на приемник излучения. Прозрач атмосферы нахоДится из Формул нты;ия изнаправ 15 ность2 О е"Фор"паР(Я)-Ь Р В 0 (В)т (В)для случая рассеяния излучения слми воздуха и где Р(В) - мощность принГсигнала;Ро - мощность начальноголуцения;В - расстояние;А.т,А- аппаратурные констаЪ 180 О(В)- коэффициент рассеянлуцения воздухом вленин приемника;180 - коэффициент отражениоизлучения объектом вправлении приемника,Однако для однозначного опредления прозрачности атмосферы помулам (,1 ) и (2 ) требуется знаниераметров А 1,5 180 или А 2,180Так,для определения аппаратурных3 10609констант Аи А 2 необходимо прове"дение спациальных калибровочных из"мерений, а для нахождения величини уоявляется вынужденным использование приблизительных предположе"ний о рассеивающих свойствах средили проведение их измерений другимнезависимыми способами. Указанныенедостатки ведут к увеличению погрешности определения прозрачности Иатмосферы,Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результатук предлагаемому является способ определения прозрачности атмосферы пу- %тем посылки в атмосферу оптическогоизлучения, приема отраженного об"ратно излучения и суждения о прозрачности атмосферы по положению максимума принятого сигнала, причем по- ,щсылают линейно поляризованный световой пучок, из рассеянного в обратномнаправлении выделяют деполяризованную компоненту, деполяризованную компоненту усиливают пропорционально дквадрату текущего времени.Операция выделения деполяризованной компоненты вносит в измерения по"грешность, кроме того, используетсятолько часть сигнала, операция усиления принимаемого сигнала пропор"ционально квадрату текущего временитакже вносит дополнительные погрешности.Цель изобретения - повышение точности определения прозрачности атмосферы,Поставленная цель достигается тем,что согласно способу определения прозрачности атмосферы путем посыпки ватмосферу оптического излучения, приема отраженного обоатно излученияи суждения о прозрачности атмосферыпо положению максимума принятогосигнала, посылают непрерывное излу, чение, измеряют распределение интен 43сивности принимаемого излученив вплоскости изображения освещенногорассеивателя и определяют расстояниеот точки с максимальной интенсив"ностью до точки, образуемой пересе- фчением Фокальной плоскости приема сосью, проходящей параллельно оптической оси зондирующего луча черезцентр приемного объектива. 84, 4рованный луч 2 с начальным диаметром д и расходимостью 2 В. Рассеянное атмосферой излучение падает на приемный объектив 3 и фокусируется им в плоскости изображения, проходящей перпендикулярно плоскости чертежа по оси Е, Оптические оси передатчика 4 и приемника 5 на чертеже расходят" ся под углом Ц, они также могут быть параллельными или сходиться. Учас" ток трассы ВВ 2,освещенный зондирующим лучом 2, отобразится в плоскости изображения участком Е Е, а в целом зондируемая лучом 2 трасса отобразится сегментом б в плоскости изображения, причем оптической оси 4 будет соответствовать ось Е, которая будет являться осью. симметрии сегмента 6.Освещенность площадки 1 в зоне сегмента 6 будет определяться Фор- мулой ОЧ(" ь И.Огде Ро - мощность начального излученияф(й) - коэффициент рассеяния Йзлуче"ния воздухам в направлейииприемника;Т(В)- прозрачность атмосферы;5,1 - площадь и Фокусное расстояние приемного объектива.( - коэффициент пропусканйяприемно-передающей систем;Ь - расстояние между оптическими осями приемника и пе"редатчика (т.е. база лидара),При выполнении условийдо) 2896Р эр, ф)т (к)вЕ= ) (йМЪУ д,т.е. освещенностьпрямо пропорцйональна произведению 5 у(й)Т 2(й)В,Данное обстоятельство позволяет находить коэффициент экстинкции насравнительно однородных трассахНа чертеже приведена схема, поясняющая суть способа. Передатчиком 1 в атмосферу посылается коллимигде пространственная координатаЙ , соответствует координате точкй максимальной освещенности Уя .ер инатами В и ЕА приведенная к входу приемной сиСвязь между координатами иопределяется поперецным и угловым, . стемы пороговая мощность фп 0 Р оп" увеличением приемной системы и эа- ределяется, какписывается как Тогда отношение сигнала к шумупредставится в виде 6 сюда ч д(м)Мг пор Р х-э 1 п2 каясобаП способ позволяет уизмерений коэффицт.е. прозрачностиысить точность его гаемый тить а эк осфе едел методи тинции а)и пония. обретения о Способ определения прозрачности атмосферыпутем посылки в атмосфе- . ру оптического излучения, приема отраженного обратно излучения и суж дения о прозрачности атмосферы по положению максимума принятого сигнала, о т л и ч а ю щ и й с я тем, цто, с целью повышения точности, по" сылают непрерывное излучение, измеряют. распределение интенсивно нимаемого излучения в плоскос ражения освещенного рассеиват определяют расстояние от точк сти прити изобеля ии с мак= е(к)(б) 15Таким образом, измеряя распреде-.ление интенсивности принимаемогосфокусированного излуцения в плоскости иэображения освещенного рассе.ивателя по максимальному сигналу находят координату Е, по которой определяют .коэффйциент экстинкциид, т.е, поозрацность атмосферы Х(Р)=-сЯРассмотрим возможности реалиэа-2ции способа. Условия ( 4 ) выполнимы,когда используются лидары с большимдиаметром выходящего луча и его малой расходимостью или для малых расстояний К, Реальными для лидаров могут быть взяты 4 / 1 м, 29 =10 фрад.Задаваясь, например порогом 2 ййдВИ О,имеем В 4 1 км Отсюда следует, цторабочая, просматриваемая лидаром зона составляет радиус примерно 1 км,а,сам лидар, согласно ( б ), позволяет определять коэффициенты экстинкции 0), 0,5 км-", т.е. работать в замутненной атмосфере,Оценим отношение сйгнала к шуму 4 вдля рассматриваемого лидара. Зададимследующие типичные для лидара и атмосферы параметры: 0 0,5 км ",ф е12 10 1 ч стер.-1, Ь=Г=1 м, К=0,7, диаметр приемного телескопа 0=0,4 и.Пусть в лидаре используется лазерсдлиной волны д =9,5 мкм и мощностью,Р= 5 Вт, работающий в непрерывномМрежиме. Для Л =0,5 мкм являетсявполне достижимой пороговая мощностьФотоприемников Рв = 100 ВтГц "ф, Определим полосу пропускания регист"ратора ЬМ = 100 Гц, Тогда, если сиг: нал регистрируется с площадки(зададим диаметр регистрирующей диафрагмы Ь Е, 2 мм), мощность светово 5го сигнала зап шется, как Подставляя значения приведенных вышепараметров в формулу 11), получим Р(К)ФР=1,3 10 " нГ Е Т. Для значений к, 100, 200, 500 и 1000 м отношение сигнала к шуму составит 13, 117, 213, 394 и 478 соответственно. Из приведенных расчетов виднОцто мощность полезного сигнала эна" чительно превышает мощность шума.Операция измерения интенсивности принимаемого излучения в плоскости изображения освещенного рассеивателя может выполняться несколькими способами, например, сканированием фото. приемника с малой приемной аперту" рбй, сканированием малой диафрагмы, через которую излучение проходйт на , неподвижный фотоприемник, размещением в плоскости изображения матрицы диафрагм и регистрацией с них сигна" лов соответствующими фотоприемниками.Таким образом, показана методицеси аппаратурная реализуемость спо"Составитель В. Агаповавальчук Техред И.Коштура Корре А. зятко едакто ПП "Патент", г. Ужгород., ул. Проектная, 4 Фил симальной интенсивностью до точки,образуемой пересечением Фокальнойплоскости приема с осью, проходяЗаказ 1381/50 Тираж ВНИИПИ Государственно-по делам изобретени 113035, Москва, Ж, 1000984 8щей параллельно оптической оси зондирующего луча через центр приемного объектива.08 Подписнкомитета СССРи открытийаушская наб., д,