Устройство для определения оптических характеристик атмосферы

(51) 5 С 01 В 2 птики атмосферы ГОСУДАРСТВЕННЬ(Й НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ ОПИСАНИЕ ИЭОБР Д ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(71) Институт оСО АН СССР(56) Авторское свидетельство СССРР 918822, кл. С 01 И 21/01, 1981.Авторское свидетельство СССРР 1057815, кл. С О 1 И 21/01, 1983,(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ 011 РЕДЕЛЕНИЯОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ(57) Изобретение относится к атмосферной оптике и дистанционному анализу состояния атмосферы оптическими методами. Целью изобретенияявляется повышение точности измерений оптического сигнала. Для достижения этой цели устройство, содержацее источник 2 света, блок 1 управления, оптическую приемную систему 3, фотоприемники 4,6, блок 7 разности, соединенный с выходами фотоприемников 4, 6 измерительный преобразователь 9, вычислительное устройство 11 и регистрирукщий прибор 12, снабжено дополнительным измерительным преобразователем 10, соединенным через усилитель 8 с фотоприемником 6 и оптическим сглаживакщим преобразователем, размещенным на оптической оси перед фотоприемником 6, оптически связанным с оптической приемной системой 3. Оптический сглаживаний преобразователь выпалнен в виде управляемого светофильтра переменного пропускания на основе электрохромной ячейки. Устройство может. использоваться для опеределения прозрачности, коэффициента обрат" С ного рассеяния, оптических характеристик и профилей распределения параметров неоднородной. атмосферы, а также метеорологических параметров и может найти применение при анали зе состояния атмосферы, контроле загрязнений, прогнозе работы опти- фаей ческих систем. 2 з.п. ф-лы, 1 ил. 4 аИзобретение относится к атмосферной оптике и метеорологии, касается определения оптических параметров; например прозрачности неоднородной атмосферы, а также уровня аэрозольных загрязнений и может использоваться в метеорологии, для прогноза работы локационных оптических систем и систем оптической связи. 10Цель изобретения - повышение точности измерений.На чертеже изображена структурная схема устройства.Устройство содержит блок 1 управ лений, соединенный с его выходом импульсный источник 2 света, оптическую приемную систему 3, оптичес. ки свйзаннув с фотоприемником 4 и через оптический сглажива 1 аций преоб разователь 5 - с фотоприемником 6. Вторые входы фотоприемников соединены с-вторым выходом блока 1 управления. Один вход блока .7 разности соединен с Фотоприемником 4, а другой 25 через усилитель 8 связан с Фотоприемником б, выход блока разности сое- динен с входом измерительного преобразователя 9, второй вход которого соединен с третьим выходом блока 1 30 управлений. Один вход измеритель ного преобразователя 10 соединен с усилителем 8, а второй вход подклю- чен к четвертому выходу блока 1 уп-равле ния. Входы вычислительного.устройства 11 соединены с выходами измери тельных преобразователей 9 и 10, а выход соединен с регистрирующим пРибором 12. Оптический сглаживающий преобразова-. тель 5 выполнен в виде управляемого светофильтра переменного пропуска"ния на основе размещенной на.оптической оси перед фотоприемником б электрохроыной ячейки 13, электроды которой соединены с выходами усили теля 14 мощности, причем вход усилителя 14 мощности подключен к выходу усилителя 8 фотоприемника б.Устройство работает следуяцим образом.50По сигналу запуска с блока 1 управления импульсный источник 2 све-, та излучает в атмосферу импульс малой длительности. Рассеянный в об" ратном направлении сигнал принимается оптической приемной системой 3 с расширенным полем зрения, где,например, с помощью светоделителя (на чертеже не показан) разделяется на два канала. В первом канале оптический сигнал принимается Фотоприемником 4, а во втором проходит через .оптический сглаживающий преобразователь 5, где формируется опорный сигнал, который принимается фотоприемником 6. При прохождении через оптический сглаживающий преобразователь 5 сигнал функционально преобразуется и сглаживается. Принимаемый фотоприемником 6 опорный сигнал подается через усилитель 8 на блок 7 разности, где из сформи" рованного опорного сигнала Х, близ" кого по форме к огибающей основного сигнала, вычитается сигнал У фотоприемника 4. Разностный сигнал Е=- =Х-У преобразуется в код измерительным преобразователем 9, а опорный сигнал Х преобразуется измерительным преобразователем 10 при подаче синхросигналов с блока 1 управления. В вычислительном устройстве 11 по соответствующим значениям раэностного сигнала Е и опорного сигнала Х восстанавливают значения принимаемого ойтическогосигнала У = Х- Е 5 3 Полученный массив цифровых значений принимаемого оптического сигнала, отраженного атмосферой, обрабатывается в вычислительном устройстве 11, в результате чего вычисляют сй по заданным алгоритмам соответст" вующие характеристики атмосферы: прозрачность, коэффициент обратного рассеяния, оптические. характеристики азрозольных образований и дисперсных загрязнений атмосферы и их профили распределения вдоль трассы эон" дирования. Вычисленные характерис тики атмосферы поступают из вычислительного устройства 1 1 на регистРирукщий прибор 12,При регистрации дискретных отсчетов мгновенных значений сигналов погрешность преобразования и изме-" рения определяется. предельным .разрешением иэмерительньв преобразователей, которое зависит от элементной базы, в частности чувствительности компаратора, иопределяетшаг квантования по уровню ш, а также от динамических характеристикизмерительных преобразователей, частотного спектра измеряемого сигнала1443566 ( скоростного измерительного преобразователя 9 и характерстикдмц оптического сглджиндющего преобразователя 5,Использование в качестве оптического сглаживающего преббраэонателяуправляемого светофильтра переменного пропускация позволяет зд счступравления по цепи обратной связина основе информации с выхода фотоприемника 6 получить адаптивный опорный сигнал,более близкий по форме когибающей основного сигнала У, и,обеспечить тем самым малый диапазон изменения разностного сигнала Е, предельную точность измерения раэцостцого сигнала от ддльцих участгкон трассы зондирования цеодцород 20 Формула изобретения1 Устройство для определения оптических характеристик атмосферы, содэрждщее импульсный источник света, оптическую приемную систему,оптически связанную с двумя фотоприемниками, блок управления, выходыкоторого соединены с импульстц.м источником света и фотоприемниками,соединен с первьм, а другой - черезусилитель с вторым фотоприемником,а выход - с измерительным треобразователем, подключенным через вычислительное устройство к регистрирующему прибору, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повышенияточности, оно снабжено оптическимсглаживающим преобразователем и до-полнительным измерительным преоб- ф раэователем, при этом оптическаяприемная система оптически связанас вторым фотоприемником через оптический сглаживающий преобразователь,измерительные преобразователи одним Р50 из входов подключены к блоку управления, а дополнительный измерительный преобразователь соединен входом с усилителем второго фотоприемника, а выходом - с вычислительным устройством,2. Устройство по п.1, о т л и ч а .ю щ е е с я тем, что оптический сглаживающий преобраэонатель ныпслцен в виде управляемого стетофильтра переменного пропускдция на основеэлектрохромцой ячейки, электродыкоторой подсоедииены к выходам усцлнтеля мощности, при этом вход усии его динамического диапазона Вустройстве шаг квантондция по уровню вьбирают одинаковым и обоих каналах измерения, динамический диапазон измерительных преобразователей(разрядность аналого-цифровых преобразователей) разным: в первом канале - исходя из диапазона измеренияразностного сигнала Е, который спределяется флуктуациями принимаемого оптического сигнала, а во втором канале - исходя из диапазонаизменения опорного сигнала, которыйзависит как от диапазона принимае бмого оптического сигнала, так и отхарактеристики оптического сглаживаощего преобразователя 5. Разностный сигнал нреобразунт в код посредством скоростного измерительного ной атмосферы. преобразователя 9 с малым динамттческим диапазоном, например шестираэрядного аналого-циФрового преобразонателя с шагом дискретизации(Тт, а опорный сигнал преобразуют . 25в код с шагом дискретизации Т посредством широкодиацазонного, цо менее скоростного измерительногопреобразователя 10, например десятиразрядного: Т=КТ, (К - целое число), 30 блок разности, один вход которого При этом в обоих каналах обеспечивается высокая точность .измерения,определяемая пределнным шагом квантования, характерным для многоразрядного аналого-цифрового преобразоЗБвателя (АЦП). Динамическая погрешность измерения разностного флуктуирующего сигнала обеспечивается впределах шага квантования ш за счегиспользования скоростного АЦП с Вы 40сокими динамическими характеристиками. Сглаженный опорный сигнал сограниченным спектром частот на трипорядка меньшим по сравнению соспектром частот принимаемого фпултуирующего сигнала можно измерятьс относительно большим периодом дискретизации, не внося дополнительныхдинамических погрешностей, соиэмеримьтк с шагом квантования. Промежуточные значения сглаженного опорногосигнала Х шагом дискретизации 7вычисляют в вычислительном устройстве, например, с использованием алгоритма линейной (параболической) интерполяции.Предельные воэможности по точности данного устройства определяют-ся динамическими хардктеристиками1443566 Составителв С.Непомнящая Техред И,Ходанич Корректор С.Шекмар Редактор Г.Федотов Заказ 4566 Тираж Подписное ВШЯПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Иосква, Ж, Раушская наб. д. 4/5лителя мощности оптического сглаживающего преобразователя подключен к выходу усилителя второго Фотоприемника;Зф Усгроиство по пе 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что дополнительный измерительный преобразователь выполнен с,циклом преобразовании в целое число раз большим циклапреобразования основного измеритель"ного преобразователя, но с равньщшагом квантования по уровню.