Способ определения параметров атмосферы

(46) 15,03,9 (21) 3378355 (22) 06.01. (71) 1 нстит Томского фил (72) Н.Н. Б и Л.Г, Шаиа 3. Бюл. М 10/1 О ки атмосферыО АН СССР, Н.П. Краси 2т оптналачкареаева к(54)(57) СПОС РОВ АТМОСФЕРную областьлельных пере верного излу чающимися на зона, и прие ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ ИСАНИЕ ИЗОБ(56) Патент СНА В 4005602 кл. С 01 Я 100, 01.02.77Авторское свидетельств В 839386, кл. С О 1 М 1/00 о СССР, 04.01.80. ОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТ- путем посылки в эадантмосферы двух паралрывающихся пучков лаения с частотами, отличастоту звукового диана в возникшего акустического импульса, о т л и ч а ю - щ и й с я тем, что, с целью расши,рения функциональных возмошностей путем одновременного определения температуры, давления и относительной влажности, в заданную область атиосферы одновременно с двумя пучками лазерного излучения посылают третий лазерный пучок, параллельный и перекрывающийся сдвумя первыми, с частотой, отличающейся от частот двух пучков на частоты звукового , диапазона, из принятого сигнала . выделяют три частоты акустическогоизлучения, соответствующие максимумам в спектре принятого звукового сигнала, и по сдвигам этих частот относительно разностей между частотами лазерных пучков определяют параметры атмосферы1 128923Изобретение относится к метеоро"логик и может найти применение дляодновременного измерения температуры, давления и относительной влажности в атмосфере. 5Известен способ определения параметров атмосферы, включающий посылку и прием акустического излученияи определение искомого параметра путем регистрации момекта иэлучекия Юи приема звуковой волны. С цельюувеличения дальности источник излучения и приемник поднимают с помощьюдополнительных устройств (самолетов,планеров, аэродинамических аппара- , Ютов) 11).С помощью данного способа невозможно одновременно измерять температуру, давление и относительнуювлажность воздуха 2 ОНаиболее близким,по технической1 сущности и достигаемому результатук предлагаемому является способ оп"ределения параметров атйосферы, покотьрому в атмосферу посылают два 25параллельных перекрывающихся на за-.данной высоте лазерных импульса,частоты которых отличаются на частоту звукового диапазона, принимаютвозкиквий акустический импульс. ПоЗоизмеренному времени црихода акустического импульса судят об искомом параметре2 1.С помощь данного способа невоэмоа но,одновреиекное,измерение температуры, давления и относительной влажности в атмосфере, поскольку отсутст вует аналитическая зависимость между давлением, относительной влажностъв 4 ф воздуха и измеряемой величиной.Целью изобретения является расви- рение функциональных возиожностей путем одновременного дистанционнога измерения теипературы, давления и у относительной влажности в атмосфере.Для достижения поставленной цели в известном способе определения параиетров атмосферы путем посылки в заданную область атмосферы двух 5 л пврвллелъных перекрывающихся пучков лазерного излучения с частотами, отличающимися на частоту звукового диапазона, .и приема возниквего акустического импулъса, в заданнув.об" 55 лвсть атмосферы одновреиекно с двумя пучками лазерного излучения посылают .третий лазерный пучок, парвллелькыйи перекрывающийся с двумя первьвщ,6 2с частотой, отличающейся от частот двух пучков на частоты ззукового диапазона, из принятого сигнала выделяют три частоты акустического излучения, соответствующие максимумам спектра принятого звукового сигналй, и по сдвигам этих частот относитель" но разностей между частотами лазерных пучков определяют параметры атмосферы.На Фиг. 1 приведена схема способа; на фиг. 2 - структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ.На Фиг, 1 цифрами 1, 2, 3 обозна-, чены лазерные источники, 4 - акустическая остронаправленная антенна; Ь расстояние от акустической антенны до лазерных источников.В атиосфере при одновреиеннои распространении мощных параллельных монохроматических лазерных излучений с близкими частотами в области их перекрытия в результате келинейного их взаимодействия будет генерировать- ся мощное акустическое излучение частоты- ц), ц, ( ц- круговая или циклическая частота,вдр 23 й ), направление распространения которого перпендикулярно оси лазерных пучков, в Фронт волны цилйндрический, Осуществляя посылку лазерных иинулъсов ,под углои д- к поверхности земли, можно зарегистрнроватъ,акустическийимпульс, козкикюий на дальности посылхи лазер- , ных импульсов 3 и проведиий черезатмосферу, помещая акустический прйемник на кекоторои расстоянии Ь от.лазерных передатчиков и оркентируя его приеинув антенну перпендикулярно оси лазерных пучков. При этом мощность воэникаего акустического излучения прокорцкоквльна произведению .амплитуд лазерных излучений. При наихудаих условиях распространения лазерного и акустического излучений дальность зондирования будет ке менее 9 ки нрн й500 Гц и ы 45 ( " угол посылки лазерных излучений, . отсчитываемый от поверхности земли). При распространении акустического импульса через атмосферу будет проис-, ходить его частотный сдвиг вследствие частотной зависииости атмосферно.- го поглощения, поскольку различные компоненты частотного спектра акустического импульса поглощаются по-разному. Величина этого сдвигазаписц36 3 12892вается для прямоугольного звуковогоиипульса длительности 7 в виде: Ь 2 -- (- +12 г а, аз2+ 2 а 12+ 2 5(20,52. 223 З/(22 З,+ 2)1 О (7)Р - давление, ати;Т - температура, С;ВН - относительная влажность, 3;т - расстояние, проходное зву" 20новым иипульсои, г=Ь 1 п .(;(а)и 1 - частота возникшего акустического импульса.Измеряя сдвиг частоты, соответству 2 ощнй максимуму в спектре принятого 25 . акустического импульса относительно частоты возникшего.акустнческого импульса, можно определить одно иэ не, известных уравнения , Т, Р или КН,имея априорное знание о двух других. ЗО , Дйя одновременного определения Р, Т, ИИ, необходимо наличие, ак минимум, трех акустических частот, для чего в втмосферу посылается дополнительно, а манниуи, однй лазерный импульс, частота оторого 1 отличается от . частот аервых лазерных импульсов на частоты звукового диапазона.прннятого акустического импульса относительно возникших частот) , 1а Уд 2, н решая систему иэ трех уравнений 45тнйа уравнениядля каждого иэ измеренных сдвигов, иожно получить информацию однов,2 еменно о Т, Р и ВН.Иинимальная длительность возникшего акустического импульса в направ О .ленин 90 ф относительно посылаемыхлазерных пучков будет определятьсяшириной области перекрытия лазерныхпуЧов на данной высоте Н от поверхности земли, 55Иакснмальная длительность возникшего ахустнческого импульса будет определяться длительностью посылки лаэерных излучений. Звуковой импульс в об-,ласти перекрытия лазерных пучков возникает и оканчивается с моментом на-чала и прекращения посылки лазерныхизлучений. Поскольку скорость звукамного меньше скорости света, то передний и задний фронты возникающегозвукового импульоа будут достаточнокрутыми, чтобы считать форму возникщего звукового импульса прямоугольной.Работа способа осуществляется с по"мощью устройства, изображенного нафиг. 2, где 1 - СО, -лазер, работающий на частоте д, = 18,22 АЙО рад/с(что соответствует ( = 10,6 мкм);2 - СО 2 "лазер, работающий на частотеи д, + 340, 3 - СО 2 -лазер, работаЮЩНй На ЧаСтОтЕ 3и 3 += 2, ++ 4396, 5 - синхронизатор; 4 - остронаправленная антенна акустическогоприемника, в качестве которой можетбыть использована решетка электроакустических преобразователей; 6 аналого-циФровой преобразователь, например, Ф 4222 7 - вычислительноеустройство, в качестве которого можно испольэовать мини-ЭВИ "Электроника",Лазерные источники нзлу.-.ют импульс энергии в узкие параллельныепучки, перекрывающиеся между собой.Возникший акустический импульс, про"ходя через слой атмосферы, действует на электроакустические преобразователи антенны 4, Возникающий в электроакустических преобразователях антенны 4 электрический сигнал поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 6, где преобразуется вцифровую Форму. С выхода аналого-цифрового преобразователя 6 на вход вы-,числительного устройства 7 поступаетоцифрованный сигнал. В вычислительноиустройстве 7 производится расчетспектра частот принятого акустического сигнала и определение максимумовэтого спектра. С синхронизатора 5 ввычислительное устройство 7 поступаетинформация о длительности импульсовизлучения лазерных источников. Данныео возникших акустических частотахзакладываются в вычислительное устрой"(ство 7 как известные, исходя иэ известных частот излучения лазерных источников 2 , Ы д . Окончательныйрасчет проводится йо системам из трехуравнений типа (1-8) в вычислительном устройстве 7,5Таким обраэом, предлагаемыйспособ поэволяет оперативно следить эа величинами давления, т 1289236 6пературы и относительной влажностиатмосферы вплоть до высотем 9 км,с Составитель В. АгапРедактор Т. Зубкова Техред А.Кравчук оррект Подписита СССРтийб., д. 4/5 Закаэ 196 Т оиэво енно-полигр ВНИИПИ Г по дел 13035, Мосударственного коиит иэобретений и откр а, 3-35, Рауаская иМФфическое првдйрият г. Ужгород, ул. Проектная,