Способ определения оптических характеристик атмосферы и устройство для его осуществления

к, обусловленныира с дальности В; ния.зменной индика ветствии с лида т рассеяния; Ь ад" (лидарное В) б В) - проициея "н оптических харакизуется по следу- виях воздействия и на чувствитель-, поступает сигнал еленияры реалВ услозасветемника, Способ опред теристик атмосфе ющему алгоритму внешней фоновой ную площадку при Р (В) = Р(В) +ость атмосфэнта.ри использтора квадрвия фоновфотоприем(В) = в Р(В) аппаратурна зрач конс ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИ(71) Казанский авиационный институт им. А.Н. Туполева(56) Вильнер В.Г. и др. О некоторых методах определения прозрачности атмосферы по сигналу обратного рассеяния, в сб. У Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, часть 1, Томск: изд. ИОА СО АН СССР, 1978, с. 80-83Авторское свидетельство СССР М 731409, кл, 6 01 И/ 1/00, 1978.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕ- НИЯ Изобретение относится к фотометрии атмосферы и может применяться для измерения оптических параметров атмосферы, а также может быть использовано для контроля уровня азрозольных загрязнений естественногоо и искусстве н ного и роисхождения.Цель изобретения - повышение точности измерений оптических характеристик атмосферы и упрощение аппаратурной реализации устройства.(57) Изобретение относится к фотометрии атмосферы и позволяет повысить точность измерений оптических характеристик, а также упростить аппаратурную реализацию устройства. Блок управления 1 запускает одновибраторы 4 и 5 импульсами с которых управляют стробирующий усилитель 10 и фотоприемники 8, В блоке памяти 12 фиксируют значение сигнала фоновой засветки, который предварительно детектируют с пиковым детектором 11. В блоке вычитания 13 сигнал обратного рассеяния электромагнитного импульса, излучаемого в атмосферу блоком 3, компенсируют на величину фона.Сигнал обратного рассеяния дифференциируют в блоке 14 и нормируют в блоке деле-ния 15, Значения ослабления атмосферы получают, обрабатывая сигнал в блоке 16. 2 где Р(В) - световой пот полезным сигналом лид Ф- фоновый поток излучДля атмосферы с не риссой рассеяния, в соо ным уравнениемР(В) = А Ьа (В) Т (В) В где а - объемный коэфф - индикатриса рассеяни отношение); Т(В) = ехр О а ( овании оптического комата расстояния, с учетом ого излучения, сигнал на ника будет равенВ+а фгде гп,а - коэффициенты пропорционал ьности.Сигнал на выходе фотоприемника Оо(Я) =- к(гпР(Я)Я + а Ф), где К - коэффициент преобразования фотоприемника; М=к( Ф) со, К(Ф) - фактор фона, учитывающий влияние фоновой засветки,Наличие в ряде случаев сильной зависимости коэффициента преобразования от интенсивности фона приводит к значительным ошибкам определения оптических параметров атмосферы по результатам измерения Я(Я) или Р;. (Я),С целью ослабления перегрузки фотоприемника под влиянием интенсивного фона используется стрЬбирование, причем, во-возможности в его первых каскадах (например в ФЗУ), чтобы не допустить перегрузки и насыщения последующих, Г 1 ри достаточно большой скважности стробирования удается значительно ослабить действие фона, Поэтому фактор фона стробируемого приемника Кс(Ф ) значительно меньше, чем К(Ф), и можно считать 1( Ф) = К(Ф)И, где 0 - скважность. Тогда сигнал на выходе стробируемого приемника О(Я) = Ко 1 с(Ф) Ос(Я), Далее, фоновая засветка компенсируется путем вычитания из полезного сигнала (сигнала обратного рассеяния) предварительно измеренного и запомненного уровня фона. Сигнал на выходе блока вычитания имеет вид О (Я) = К Кс(Ф) а(Я)Т (Я), где К 1 - коэффициент пропорциональности, включающий К т.Продифференциировав О по Я, разделив на Оимеем уравнение для определения коэффициента рассеяния а- =а,аа=бдцд Я 1ц 1В результате такой обработки принятых сигналов удается устранить влияние на результат измерений как аддитивной, так и мультипликативной составляющих погрешности измерений, обусловленной фоном.Решение уравнения относительно й имеет видВа(В) =,ехР(,1" 6 б В) /В К/ Г ехр Д 8 (Я) б Я) б Во оНа фиг,1 показана функциональная схема устройства для определения оптических характеристик атмосферы; на фиг.2 - временные диаграммы сигналов в различных точках устройства.Устройство содержит блок управления 1, вход которого соединен с генератором тактовых импульсов 2, а выходы с излучате 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 лем 3, одновибраторами 4 и 5, причем выходы одновибраторов соединены со входами логического элемента ИЛИ б, выход которого соединен со входом управляющего сигнала 7, выход которого соединен с фотоприемником 8, оптически связанным с устройством компенсации квадрата расстояния 9. Представленные на фиг,1 блоки 4 - 7 образуют блок регулировки чувствительности и являются одним из вариантов его построения. Выход фотоприемника 8 связан с последовательно соединенными мтробируемым усилителем 10, пиковым детектором 11 и блоком памяти 12, причем управляющий вход стробируемого усилителя 10 соединен с выходом одновибратора 4, а сбросовый вход пикового детектора 11 с выходом одновибратора 5, Блоки 10 - 12, совместно с блоком вычитания 13 на фиг,1 представляют один из вариантов построения блока компенсации фона. Фото- приемник 8 соединен также со входом блока дифференцирования 14 и одним входом блока 13, другой вход которого соединен с выходом блока памяти 12. Выходы блоков дифференцирования 14 и вычитания 13 сое- . динены со входами блока деления 15 выход которого подсоединен к входу блока аналоговой обработки 16, выход которого соединен с регистратором 17, другой вход которого соединен с выходом электронного счетчика 18, который соединен с выходами генератора тактовых импульсов 2, одновибратора 5 и фотоприемника опорного канала 19, оптически связанного с.излучателем 3,На фиг.2 обозначено; а) импульс на выходе одновибратора 4 б) импульс на выходе излучателя 3, в) импульс на выходе одновибратора 5, г) сигнал на выходе логического элемента ИЛИ, д) сигчал на выходе фотоприемника 8, е) сигнал на выходе блока запоминания 12, ж) сигнал на выходе блока вычитания 13, 3) сигнал на выходе электронного счетчика 18.Устройство для определения оптических характеристик атмосферы работает следующим образом,Синхроимпульсами с генератора тактовых импульсов 2 синхронизуется блок управления 1, задающий режимы работы блоков устройства во времени, Сначала импульсом с блока 1 запускается одновибратор 4, коротким импульсом с выхода которого отпирается стробируемый усилитель 10 и, через логический элемент ИЛИ б, формирователь управляющего сигнала 7 отпирается фотоприемник 8, для этого момента запертый. В этот момент времени запуск излучателя 3 еще не происходит, а на выходе фотоприемника 8 и, далее стробирующего усилителя 10 появлется импульс,амплитуда которого пропорциональна интенсивности фоновой засветки. С помощью пиковогодетектора 11 и блока памяти 12 уровень фона5фиксируется и поступает на первый входблока вычитания 13, После этого с блокауправления 1 проходит команда на запускизлучателя 3 и одновибратора 5. Одновибратор 5 вырабатывает строб-импульс, ширина которого соответствует выбранной длинезондируемой трассы. Этот импульс черезлогический элемент ИЛИ, и формирователь7 отпирает фотоприемник 8 на необходимоевремя, так, что рассеянный исследуемой 15средой сигнал излучателя 3 преобразуетсяна выходе приемника 8 в электрический сигнал, который поступает на второй вход блока вычитания 13. В блоке 13 происходитвычигание фона. Задним фронтом строба 20блока 5 осуществляется сброс пикового детектора 11 и электронного счетчика 18.В блоке дифференциирования 14 вычисляется производная сигнала по времени,Полученный результат нормируется в блоке 25деления 15 на сигнал разности с блока 13.Сигнал с выхода блока деления подается вблок аналоговой обработки 16, включающий в себя интеграторы 20 и 22, экспоненциальный функциональный 30преобразователь 21 и блок деления 23, идалее на регистратор 17.Часть энергии излучателя 3 отводитсяна фотоприемник опорного канала 19, сигналом с выхода которого запускается счетч и к 18. В ыход счетчи ка 18 соединен срегистратором 17 для привязки измеренных значений коэффициента рассеяния кшкале дальности,40Формула изобретения1. Способ определения оптических характеристик атмосферы, состоящий в том, что в исследуемую область атмосферы при наличии фонового излучения направляют 45 электромагнитное излучение, рассеянное назад излучение преобразуют в электрический сигнал, определяют зависимость этого сигнала от времени, по которой вычисляют исходную оптическую характеристику, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений при воздействии фоновой засветки, предварительно преобразуют с селекцией во времени фоновое излучение в электрический сигнал 55 фоновой засветки, из электрического сигнала рассеянного назад излучения вычитают электрический сигнал фоновой засветки, а оптические характеристики вычисляют из отношения производной по времени от электрического сигнала принятого рассеянного назад излучения и результата вычитания,2. Устройство для определения оптических характеристик атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с излучателем, электронный счетчик и последовательно соединенные оптический компенсатор дальности и фотоприемник, о тл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений при воздействии фоновой засветки и упрощения устройства, фотоприемник выполнен стробируемым, дополнительно введены блок регулировки чувствительности фотоприемника, блок компенсации фона, блок дифференциирования, блок деления, блок аналоговой обработки, второй фотоприемник, генератор тактовых импульсов и регистратор, причем выход стробируемого фотоприемника соединен с входами блока дифференциирования и блока компенсации фона, выход которого соединен с входом блока деления, второй вход которого соединен с выходом блока дифференциирования, выход блока деления через блок аналоговой обработки соединен с регистратором, вход блока управления соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход его - с входом блока регулировки чувствительности фотоприемника, выходы которого связаны с управляющим входом стробируемого фотоприемника, блоком компенсации, а также с входом сброса электронного счетчика, излучатель оптически связан с вторым фотоприемником, вь ход которого соединен с входом запуска электронного счетчика, тактовый вход которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а выход электронного счетчика соединен с регистратором,3, Устройство по п.2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что блок аналоговой обработки состоит из последовательно соединенных интегратора, экспоненциал ьного преобразователя, второго интегратора и блока деления, причем второй вход блока деления соединен с выходом экспоненциального преобразователя..г.,50 Составитель С. Скуратоведактор А. Зробок Техред М,Моргентал Корре алец о-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 оизводств аказ 691 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5