Способ оптико-акустического зондирования атмосферы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК О 88512 А И 1/00 ИЕ ИЗОБРЕТСВИДЕТЕЛЬСТВУ ОПИСА АВТОРСКО атмосферы ТомскогоЛ,Г. Шаманаева. тельство СССР(54) (57) СПОСОБ ОПТИКО-АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ путем посылки в исследуемую область атмосферы бретение относитс и может найти прим нного измерения сп кой прозрачнос еменно измерения ельной влажности в к технической нение для дисктральной акуи, а также температуры и атмосфере. физике танцио стичес одновр относит ому по способ сферы ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР.. филиала СО АН СССР(56) Авторское свидезаявке йв 2756251/10Авторское свидетМ 839386, кл, 6 01 Ю Известен способ дистанцио рения параметров атмосферы и ния на заданной высоте с лазерного излучения пробоя и никшего акустического излучен мерения спектральной аку прозрачности в данном способ спектральную мощность приня ческого сигнала, а об искомом судят путем сравнения ее со сп мощностью калибровочного си одновременного измерения тем влажности измерения проводя менно для трех частот, а об иск нного измеутем создапомощью приема возия, Для иэстической е измеряют того акустипараметре ектральнойгнала. Для пературы и т одновреомых параодновременно двух монохроматических перекрывающихся на заданной высоте лазерных пучков излучений и параллельными осями, разность частот которых равна частоте звукового диапазона, и приема возникших акустических сигналов, о т л и ч а ю щ ий с я тем, что, с целью расширения диапазона измеряемых параметров, плавно изменяют частоту по крайней мере одного из посылаемых излучений при сохранении значения разности частот в пределах частот звукового диапазона и по мощности принятых акустических сигналов на разных частотах судят о температуре, влажности и спектральной прозрачности атмосферы. метрах судят путем сравнения сигналов для двух из этих частот относительно третьей.Недостатком этого способа является малая дальность, обусловленная тем, что при посылке лазерного излучения на заданном расстоянии от передатчика возможно получение пробоя а воздухе. когда значение интенсивности лазерного излучения превышает некоторую пороговую величину, что накладывает ограничения на дальность данного способа зондирования. а также большие потери акустической энергии за счет сферической расходимости звуковой волны. Кроме того, источник звука в данном способе зондированиия имеет широкий спектр излучаемых звуковых частот. и спектральное разрешение определяется полосой пропускания приемной системы.Наиболее близким к предлагаем достигаемому результату являетсядистанционного зондирования атмоодновременно двух моцохроматичесхих перекрывающихся на заданной высоте лазерных пучков излучений с параллельными осями, разность частот которых равна частоте звукового диапазона и приема возникшего акустического излучения, когда по временному интервалу между посылкой лазерного и приемом акустических сигналов судят об атмосферной температуре.Однако этим способом невозможно измерить влажность и спектральную прозрачность атмосферы;Цель изобретения - расширение диапазона измеряемых параметров, т,е, созда. цие возмокности измерения кроме температуры влажности спектральной акустицеской прозрачности.Цель достигается тем, что в способе оптико-акустического зондирования атмосферы путем посылки в исследуемую область атмосферы одновременно двух монохроматических перекрывающихся ца задацной высоте лазерных излучений с параллельцыми осями, разность частот которых равна частоте звукового диапазона и приема возникших акустических сигналов, плавно изменяют цастоту по крайней мере одного из посылаемых излучений при сохранении значец 1 ля разности частот в пределах частот звукового дизГ 1 азоца и по мощноси принятых акустицеских сигналов а разных частотах судят о температуре, влажности и спектральной прозрачности атмосферы.В атмосфере при одновременном рас пространении двух параллельных монохроматических лазерных излучений с близкими цастотами 11 и Х 2 в области их перекрытия в результате целинейного их взаимодействия генерируется мощное акустическое излучение частот(г 1-т 21=бк, направление распространения которого перпендикулярно оси лазерных пучков, а фронт волны цилиндрический, Осуществляя посылку лазерных импульсов под углом й к поверхности земли, можно зеретистрировать спектральнуа мощность акустического сигнала, возникшего на дальности 3 посылки лазерного импульса и прошедшсго через атмосферу, помещая акустический приемник це некотором расстоянии 311 от лазерного передатчика и ориентируя его приемную антенну перпендикулярно оси лазерных пучков. При этом мощность возникающего акустического сигнала 1 о пропорциональна произведению амплитуд лазерных излучений и может быть рассчитана по формулам. Измеряя спектральную мощность 1 пришедшего сигнала на данной частоте бк, можно измеритьспектральную акустическую прозрачность Р атмосферы, которая, с уцетогл того, цто вол ЗО ройства, реализующего способ.ЗР На фиг,1 изображены лазерные с управляемой растройкой передатчики 1 и 2, оси Р 1 О 15 20 2 Р 40 45 50 РР ца цилицдрическая, ослабляется с расстоянием в/й раз, и равна:1 ЯР =1 оУправляя расстройкой частот лазерных излучений в пределах звукового диапазона. можно изменить частоту возникающего акустического излучения и измерять акустическую прозрачность для разных частот. Генерация двухчастотного лазерного излучения возможна путем измерения частоты излуцения одного посылаемого лазерного излучения или путем одновременного изменения частоты обоих лазерных излучений. Бозг,ожна также дополнительная посылка монохроматического лазерного излучения другой частсты.Температура и влажность определяются по относительному изменению пришедшего сигнала для двух пар звуковых частот г 1 и 12 т 1 и з, при этом измеряются 13 = =-1 Г 1/3 и 0 12= 332/г 20 33= 3 гз/3 гз 0 относитель-. ные изменения амплитуд сигнала на частотах 11, 12 и 1 з и вычисляются 3 п12/311, л з 133ВВВеличины А 1 и А 2 связаны известной аналитической зависимостью с температурой Т и относительной влажности О атмосферы,На фиг,1 показана схема, поясняющая данный способ; на фиг,2 - блок-схема устизлучений которых параллельны, а диаграммы перекрываются в заштрихованной области, остронаправленный приемник.З, антенна которого ориентирована перпендикулярно осям лазерных передатчиков, Ь 1- расстояние между лазерным передатчиком и акустическим приемником, Из геометрии фиг.1 следует. В =. 1 ц ап а, При осуществлении одновременных разнесенных в пространстве измерений возможно измерение профилей температуры и влажности, если поместить остронаправленные акустические приемники на различных расстояниях 313 от лазерных передатчиков.Источником звука в данном способе зондирования будет одновременно вся область перекрытия лазерных излучений, и можно считать, что цилиндрическая звуко вая волна возникает одновременно вдоль всей оси области перекрытия лазерных пучУонохроматическое лазерное излуче, ние с близкими частотами и управляемойрасстройкой можно получить с помощью СО-лазеров с регулируемой частотой излучения или одного лазера на рубине с однородно-уширенным контуром линии генерации, в центре которой методом внутрирезонансного поглощения выжигается провал, ширина которого изменяется путем изменения давления поглощающего и буферного газов в резонаторе. При этом формируется двухчастотное лазерное излучение с управляемой расстройкой,Работа способа осуществляется с помощью устройства, приведенного на фиг.2..В исследуемую область атмосферы от лазерных передатчиков 1 и 2 с управляемой растройкой посылают одновременного два монохроматических перекрывающихся на заданной высоте лазерных пучка излучения с параллельными осями, разность частот которых равна частоте звукового диапазона, и плавно. изменяют частоту обоих лазерных излучений;Принимают возникшие акустические сигналы остронаправленной антенной акустического,йрйемника 3, в качестве которой можно исйольЭовать решетку и электроакустические преобразователи. С помощьюанализатора спектра 4 и вычислительногоустройства 5 определяют спектральную акустическую прозрачность атмосферы, темпе 5 ратуру и влажность.Синхрониэируюся пучки излучения синхронизатором 6,Преимуществом описанного способа посравнению с аналогом является большая10 точность измерений, обусловленная тем,что источник звука в прототипе имеет широкий частотный спектр, и спектральное разрешение определяется полосойпропускания приемной системы, В описан 15 ном способе генерируется монохроматическое акустическое излучение на разностнойчастоте, что позволяет проводить спектральное измерение с более высоким частотным разрешением, и тем самым повышает20 точность измерений.Кроме того, данный способ позволяет внесколько раз увеличить дальность зондирования и упростить измерения, т.к. он нетребует проведения калибровки, Мощность .25 генерируемого акустического излучения может быть рассчитана аналитически,1088512 СоставительТехред М. Моргентал Корректор Н.Милюкова Редактор Е.Гиринская Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 Заказ 40 б 1 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5