Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 17986 РЕТЕНИ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР) К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТ(71) Белорусский государственный университет им, В. И. Ленина(72) М, М. Кугейко и И, А. Малевич56) Авторское свидетельство СССР М 390401, кл. 6 01 М 21/47, 1973.Авторское свидетельство СССР М 835233, кл, 6 01 й 21/47, 1979.Авторское свидетельство СССР М 988077, кл. 6 01 )ч 21/47, 1979,(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕИВАЮЩИХ СРЕД(57) Использование: область метеорологии и гидрологии, измерение оптических характеристик атмосферы и гидросферы. Сущность изобретения; определение оптических характеристик по трассам, не совпадающим с Изобретение относится к области измерения оптических характеристик рассеивающих сред и может быть использовано в метеорологии, гидрологии, а также для контроля загрязнения окружающей среды,Цель изобретения - определение оптических характеристик по трассам, не совпадающим с направлением движения,Предлагаемый способ реализуется следующим образом.Пусть приемно-излучающее устройство 1 движется со скоростью Ч и через интервалы времени Ь 1 = Л й/К де Л К необходимое пространственное разрешение, с которым требуется получить значения коэффициентов ослабления, посылают зондирующие импульсы одновременно под не)5 6 01 М 21/47, 6 01 IЧ 1/ направлением движения приемно-излучающего устройства. Импульсы света посылают через интервалы времени Л т = Л к/У в одной плоскости, проходящей через направление движения и исследуемые трассы, одновременно под углами О р агС 19(, )90, 90"Р-, 180, ) = 1, ., 4 к линии направления движения, где Ь й, Л Н соответственно необходимые пространственные разрешения по направлению движения и в направлении, перпендикулярном направлению движения, Ч - скорость перемещения приемно-излучающего устройства. О величине коэффициентов ослабления по трассам в плоскости посылки импульсов света судят по полученным принятым сигналам и величинам углов, 1 ил. менее чем пятью углами р к линии направления движения в плоскости, проходящей через направление движения и исследуемые трассы. Для получения общих рассеивающих точек и), в которых определяются коэффициенты ослабления, (точек пересечения пяти лучей, посылаемых иэ различных местоположений приемно-излучающего устройства) посылка зондирующих импульсов должна осуществляться под четырьмя углами рв пределах О"р90 и углом 1 а в пределах 90 . уа180. Величина углов р ь =. 1, 2, 3, 4 выбирается иэ условия получения постоянного пространственного разрешения (расстояние между двумя соседними общими рассеивающими точками) как по направлению движения Л В), так и в(1) Х 11 5 уа 1; да, Выражение (5) мож м образом; и1 которым света дл с постоян ением в записать следую 9 ЬГ 7 Г г ег 20) ЛНстц - ,1 - Л обратно ыми угла го ми25ч о(г) 2 г. (г) (6)ме координат, ем движенияает вид; 3 ичный вектор напр где 1 г - ед дировани со (ос ления з Цй,г, 1 у,) =(4) где Б(В, г обратного квадрат рВозьм правлени сигн ый аеглом направлении, перпендикулярном направлению движения ( Л Н).Точки пересечения г пяти направлений зондирования (см, фиг, 1) удовлетворяют условию (пяти трасс зондирования, получаемых при посылке из пяти местоположений приемно-излучающего устройства при его движении); ЛН- т 9 ганг,= 1, 2, 3, 4:1 Л90р 5180 Из (1) легко найти углы р, под необходимо посылка импульсов получения точек пересечения гЦ ным пространственным разреш всей плоскости зондирования Выражение для сигналов ссеяния, полученных под раз (см.фиг, 1), имеет вид;Р(В,г,Т) АР цг - В Ь(г)1 г - Я - -вх ехр( - 2г. (В+ аг;)са),о 4 г Д ф. э- 1 г-.В = (хг - В тветственно координаты точек рования под углом р; Х, У - точек посылки зондирующего д углом р; Р, - мощность зонмпульса; А - аппаратурная па) в лидарное отношение в точке ициент ослабления излучения в соответственно радиус-векторы ки зондирующего излучения; ральная переменная. Пролога- (3), восстановленное на квадияг - В 1 получим х, у- соотрассы зонди координаты излучения по . дирующего истоя нная; В(г г; гЯ- коэфф точке г; В, гточек посыл а - поды нтег рифмироваврат расстоян Я(В, г, 1,) =1 п(АРо)+1 пЬ(г)+ 1 п г:(г) - 2г;1 В 1 а 1)да О1) Р(В, г, 1) 1 г - Р 1рассеяния. восстановленасстояния 1 г - В 1.ем производную в точкею зондирования задав вектором 1 (углом р 1), Так как производная по направлению равна градиенту, умноженному на единичный вектор направления, т. е.5 дд 1 ггде - оператор градиента, то 1 п Я (В, г, 1 у, ) =р и Ь (х, у) +Бй ( -7) +1 д 1 п е (х, у) -21 уу 3 1Ф Ф дЧ- -ф+ -(г), =. пЗ(В, г, 1 = ЦВ, г, 1 р;) получим,д 1логарифмическая производная сигналаатного рассеяния ЦВ, г, 1,) = 1 уЯЧ(г)+ Ж(г) - В прямоугольной систе падающей с направлени ь х), выражение(6) приним Для пяти различны 5 пульсов зондирования гласно условию (2). следующую систему ура точек г при заданном Луглов посылки имр, задаваемых соможно записать внений в каждой из В и Л Н (см, фиг. 1): 1 + ЧузГп 91 + 1 - 2 г, (г)з р 2 + Чуз и рг +- 2 г (г 11)рз + Чуз 1 п 1 г 1 з +- 2 г. (г 11)зуЧ+Чз 1 п р 4+ 4 - 2 г(и 1)з р; + Чуз 1 п уЪ + , - 2 г(г 11) (9) ЦВ 1, г 1, р 1) =Чхсозргде Вь В+1, В+2, В+з, В- точки посылки зондирующего излучения;г - общая рассеивающая точка для пяти различных направлений посылки зондирующих импульсов, в которой определяется 5 коэффициент ослабления.Решение системы линейных уравнений (9) относительно е (Г 1), лежащих в стороне от направления перемещения, таким образом, имеет вид(согласно формулы Крамера) 10 е(г) = Л 1 И,(1 О) где Л- определитель системы (9), Л 1 - определитель, полученный из определителя 15Л заменой последнего столбца столбцом изсвободных членов формула изобретения Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред путем посылки с перемещающегося приемно-излу чающего устройства импульсов света малойдлительности, преобразования рассеянного в обратном направлении света в электрические сигналы при увеличении усиления принятых сигналов пропорцио нально квадрату текущего времени, отсчитываемого с момента посылки импульсов света, отл и чаю щийс я тем,что,с целью определения оптических характеристик по трассам, не совпадающим с направлением 30 движения, импульсы света посылают черезинтервалы времени Л 1 = Л В/Ч в одной плоскости проходящей через направление движения и исследуемые трассы одновреЛНменно под углами р = агсщ .90, и1 Л Г90р 5180 О,1= 14, к линии направления движения, где Л В, Л Н - соответствен.но заданные пространственные разрешения по направлению движения и в 40 направлении, перпендикулярном направлению движения, Ч - скорость перемещения приемно-излучающего устройства, а о величине коэффициентов ослабления по трассам в плоскости посылки импульсов света судят 45 по полученным принятым сигналам и величинам углов р . Л 1 соз81 пр 1 соз р 1 зп р 1 - 2 соз ф 81 пф 2 соз 32 31 п 02 2 СОЯ рз 3 пуз соз р з и рз - 2 соз 4 31 п 4 соз 4 31 п 4 2 соз 05 31 пр; соз р 5 з 1 п р 5 - 2 соз р 1 81 вр соз р з 1 п р 1 Цгчг 1, р) соз Щ 81 пф 2 соз 72 81 п ф ЦЯГ 1, ф) соз фз 81 п 73 соз 3 31 п Д 73 1 1,ЯГ 1, д 3) соз ф 4 31 пф 4 соз 4 31 п ф 4 ЦЙГ 4) соз 65 31 пф 5 соз 5 81 п 05 1 (РГ 1, 5) Очевидно, что изменяя (вращая) плоскость посылки зондирующих импульсов, можно значения коэффициента ослабленияполучать дистанционно в произвольныхточках пространства,Иэ(9) легко также определить Чх, Чу, Ф 1,Ф, а значит, и относительный градиент9 ь(Г)lь(г) лидарного отношения и относитеьныЯ градиент коэффициента ослабления9 к / е(г)Таким образом, предлагаемый способс использованием движения позволяетрасширить функциональные возможностипрототипа за счет дистанционного определения значений коэффициентов ослаблениядля трасс несовпадающих с направлением движения (в прототипе значения к определяются только по одной трассе зондирования, совпадающей с направлением движения), При этом резко возрастает обьем получаемой измерительной информации. Очень важно и то, что расширение функциональных воэможностей (приобретение дистанционности) сопровождается сохранением высокой точности определения коэффициентов ослабления в произвольных точках пространства, удаленных от приемно-излучающего устройства, т. к. при этом не используется ни априорная информация, ни какие-либо допущения о среде,, ул Гагарина, 111 1 роизволствено.издательский комбиат "Патент", г. У Заказ 767 ВНИИПИ Гос Тираж Подписноественного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва. Ж, Раушская наб 4/5