Способ определения угла рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка и устройство для его осуществления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 1476343 9) ЕТЕНИ тигла ктльнь 1 м зовано визи- птицемации, ивных ност сче отноового трой- особ; угла ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯПРИ ГКНТ СССР ИСАНИЕ ИЗО ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ(71) Московский электротехнический институт связи(56) Дементьев В. Е. Определение вер кальной рефракции по флуктуациям у прихода светового пучка. - Квантовая эле роника, 1982, т. 9, с. 789 - 790.Носов В. В., Поплаухин В. Н. и Трубачеев Э. А. Метод измерений флуктуаций смещений оптических изображений в приземном слое. - В сб,: 711 Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере, тез. докл., ц. 3, Томск, 1981, с. 38 - 41.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ УГЛА РЕФРАКЦИИ ПО ФЛУКТУАЦИЯМ УГЛА Изобретение относится к измерите устройствам и может быть испол ь для определения угла рефракции при ровании на объекты в устройствах о ской связи, приема и передачи инфор устройствах лазерной локации, пасс оптических системах и т. п. Цель изобретения - повышение точ и сокращение времени измерения за проведения измерений в высокоцаст области флуктуаций угла прихода све пучка. На фиг. 1 приведена блок-схема у ства, реализующего предложенный с на фиг. 2 - зависимость флуктуации п р и хода от ч а стоты.(51) 4 (д 01 ) 1/44, б О 1 % 1/О ПРИХОДА СВ ЕТОВО ГО Г 1 УЧКА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУ 1 ЦЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение отоситс.; 1 измерительным устройствам и позволяет измерить угол вертикальной рефракции. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения. Способ заклюцается в определении флуктуаций угла прихода отраженного от объекта наблюдения светового пучка, преобразовании его колебаний в электрические сигналы, фильтрации сигналов на двух частотах, выбираемых в инерционном интервале, измерении флуктуации на этих частотах, определении частоты, соответствующей максимуму флуктуаций, определении давления, температуры воздуха, дальности до объекта, типа стратификации атмосферы, средней высоты светового пучка над поверхностью и определении угла рефракции по приведенной формуле. 2 с. п. ф-лы, 2 ил,магнитное излучение, например, ка оптического излучения илие от объекта набл 1 одспия прини 1 ошью оптической системы.После приема излучения преобразуют флуктуации угла прихода излучения в электрический сигнал известными методами, например с помощью фотоэлектрических датчиков, и фильтруют электрический сигнал на частотах о 1 и о (фиг. 2), выбираемых в области инерционного интервала цастот от о до ь.1(1, фиг. 2), где о,1;цастота, соответствующая диссипации энергии и о 1:6,3 О с3 - 1Вь 1 бор цастот ьп и ы в области инерционного диапазона позволяет сократить время1476343 4С - структурная характеристика атмо 2сферы;1, - дальность до объекта или источникаизлучения;1 - внешний масштаб турбулентности,позволяет сократить время измерения примерно на два порядка и повысить точность измерения угла рефракции за счет учета статистики распределения углов прихода.По полученным данным значений флуктуаций угла прихода на частотах со и со определяют поперечную скорость У, по значению которой определяют значение частоты со (фиг. 2) по выражению, получаемому из (1) при разложении его в ряд при В -ъи дифференцировании по со, т, е.совах= 1,853 - .ЧДалее по полученному значению соопределяют тип стратификации атмосферы 2 О и принимают устойчивый тип стратификации,например, при соа.(соо и неустойчивый при соахсоо, где 145(соо(190 сИзмеряют давление, температуру воздуха в точке наблюдения известными методами. Измеряют также дальность до объекта, например оптическим методом, и вычисляют угол рефракции по формуле круговая частота;диаметр апертуры;поперечная по трара, м/с; где со О"-р=1 у" -0, 19 10 + 2, Ч ь 2./3 lл, Р с 1) й0652) (2 й) Р кь е ч р с+сов в ) где Г - поперечная по трассе скорость ветра, определяемая из уравнения Ч (Ь - 1)Ц +4 Ьа М, дсд +6 ЬаЧЯ Ад +4 Ь Уа)= - 0,4967; а, =0,03705.Устройство (фиг. 1) для осуществленияспособа содержит оптическую систему 1, 45которая состоит из последовательно установленных линзы 2 и светофильтра 3, датчик 2 флуктуаций углового положения светового пучка, который установлен в фокуселинзы 2, блок 5 перестраиваемых фильтров,блок 6 задания исходных данных, блок 7 50вдпЛ, вычислитель 8, индикатор 9. В качестве датчика 4 флуктуаций углового положения светового пучка может быть использован)например, фотоэлектрический позиционночувствительный датчик или на основе матричных элементов. Блок 5 перестраиваемыхфильтров состоит из перестраиваемых фильтров, настраиваемых на частоты, соответствующие интервалу инерционного диапазона измерения, а также учесть изменение частотного спектра, которое зависит от времени.После фильтрации на двух частотах со и со измеряют амплитудные значения флуктуаций Ф(со) и Ф(сог) (фиг. 2) в полосе частот Лсо. Такая операция позволяет по известному закону У, (со) распределения флуктуаций угла прихода светового пучка и по измеренным значениям флуктуаций Ф, (со) и У (со,) угла прихода в области инерционного диапазона частот (2, фиг. 2) определить значение флуктуаций угла прихода на низких частотах, т. е. в области со(со , (3, фиг. 2), и определить тем самым угол рефракции.Использование закона распределения флуктуаций угла прихода У, (со), например, для случая плоской волныГСЙ. со,ОЖ,(со) = 0,0652,1 - сов-фХ частот (область частот 6,3 1 О- 6,3 Х Х 10 с ),Блок 6 задания исходных данных может быть выполнен в виде пульта управления, на котором оператор устанавливает предварительно полученные данные о температуре, давлении воздуха, дальности до объекта, значение опорной частоты соо. В качестве блока 6 может быть использована также входная шина вычислителя или магазин сопротивлений с источником питания.В качестве вычислителя 8 используется любой вычислитель, реализующий алгоритм вычисления по выражениям (2) и (3).Предложенный способ определения угла рефракции реализуется следующим образом.Световой пучок (фиг. 1) от источника излучения или отраженный от объекта наблюдения принимается с помощью оптической системы 1, в фокусе которой установлен// 7 Р 0 й Фиг. 1 датчик 4 флуктуаций угла прихода светового пучка, Измерение угла прихода светового пучка производится путем преобразования оптического сигнала в электрические сигналы, которые после фильтрации в блоке 5 перестраиваемых фильтров подаются на второй и третий входы вычислителя 8.Частоты о и ь выбирают возможно ближе к частоте (ж) диссипации для уменьшения времени измерения. Определение типа стратификации атмосферы производится путем сравнения о , получаемой в вычислителе 8, с опорной частотой юо, значение которой может быть задано в зависимости от типа измерительной трассы или исследуемой среды. Получаемый на выходе блока вдпЛ знак разности значений частот оо и о,поступает на вход вычислителя, который выдает на индикатор 9 значение угла рефракции. флуктуации угла прихода начастоте ю;круговая частота;значение радиана в секундах;температура воздуха;давление воздуха;поперечная скорость ветра;диаметр приемной апертуры;дальность до объекта;средняя высота светового пучканад поверхностью;внешний масштаб турбулентности;постоянный коэффициент. 2. Устройство для определения угла рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка, содержащее последовательно соединенные оптическую систему и датчик 1. Способ определения угла рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка, заключающийся в приеме и измерении флуктуаций угла прихода светового пучка, прошедшего исследуемую среду, определении типа стратификации атмосферы, измерении давления, температуры воздуха, дальности до объекта, средней высоты светового пучка над поверхностью и вычислении угла рефракции, отличающийся тем, что, с целью повышения точности и сокрагцения времени измерения, флуктуации угла прихода измеряют на двух частотах, выбираемых в инерционном диапазоне, определяют поперечную скорость ветра и частоту, соответствующую максимальному значению флуктуаций угла прихода светового пучка, и, .:; ефракции вычисляют по формуле флуктуаций углового положения светового пучка, а также вычислитель, индикатор, блок задания исходных данных, соединенный пс рвым выходом с первым входом вычислителя, первый выход которого соединен с входом индикатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, в него введены блок определения знака и блок перестраиваем ых фильтров.первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом датчика флуктуаций углового положения светового пучка и с вторым выходом блока задания исходных данных, а выход - с вторым входом вычислителя, первый и второй входы блока определения знака соединены соответственно с третьим выходом блока задания исходных 40 данных и с вторым выходом вычислителя,а выход - с третьим входом вычислителя, 1476343Составитель С. ЮдинРеда ктор М. Кел ем еш Техред И. Верес Корректор М. СамборскаяЗа каз 2117/43 Тираж 467 ПодписноеВНИИПИ Госдарственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР1 3035, Москва, Ж - 35, Раушская наб., д. 4/51 роизводственно-издательский комбинат Г 1 атент, г. Ужгород, ул. Гагарина, 101