Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскикСоциалистическикРеспублик р 1966639(23) Приоритет -Опубликовано 15.10.82, Бюллетень Мо 38 Дата опубликования описания 15. 10. 82 1) М Кл 3 6 01 И 1/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийаявител исследовательский институт прикла проблем им, акад. А.Н. Севчен а 54) СП ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК. РАССЕИВАЮЩИХ СРЕД измерению ссеивающи ано в меакже для ющей.срется к тик р ользо и, а окруж Иэо опт иче сред и теорол контра ретение относ ких характери может быть ис гии, гидролог я загрязнений 5 дыИзвестен способ определения оптических характеристик атмосферы, состоящий в том, что пидарными устройствами, расположенными в вершинах многоугольника, поочередно направляют зондирующие импульсы вдоль опорных трасс, соединяющих вершины этого многоугольника и принимают си налы обратного рассеяния, затем излучают и принимают. сигналы обратног рассеяния по трассам, пересекающим опорные, и по величинам сигналов, полученных от рассеивающих объемов, расположенных в месте пересечения трасс .зондирования и опорных, а так же величинам сигналов обратного рас сеяния, полученных по трассам, судя о величинах коэффициента ослабления оптйческого излучения в заданных то ках 113.Однако этот способ позволяет про водить измерения лишь в ограниченно области пространства и характеризуе ся недостаточной точностью измерения оптических характеристик атмосферы в точках пространства, находящихся на значительных расстояниях от опорных участков из-за разброса зна" чений лидарного отношения по трассе зондирования.Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является способ определения оптических характеристик рассеивающих сред путем посылки световых импульсов малой длительности, преобразования рассеян" ных в обратном направлении световых импульсов в электрические сигналы при увеличении усиления принятых сигналов пропорционально квадрату те. кущего времени, отсчитываемого с момента посылки светового импульса и одновременного накопления сигналов в течение времени, достаточного для достижения суммарным сигналом максимально возможного значения при существующих атмосферных условиях 12 ).Недостатком способа является невысокая точность определения коэффициента оптического излучения, обусловленная неточным определением величины максимально возможного значения суммарного сигнала в условиях реальных измерений из-эа чувствительпрспорционально квадрату текущеговремени описывается уравнением1(Р,е) = е - -2 Е(Р) (5)бй( Р)Граднент, как и всякий другой вектор, можно представить в виде суммыего проекции на базисные векторав данном пространстве. Следовательно, при зондировании в и-мерном пространстве в выражение (5) входити + 1 независимая переменная (коэффициент ослабления(Р) и и проекций вектора относительно градиентаЧ(,Й), где.Ф га 0 Юс(В)У(Й)бЮ( Й)Таким образом, при определенииоптических характеристик рассеивающей среды необходимо использоватьи + 1 линейно независимых уравнений.Рассмотрим случай определения оп.тических характеристик в двухмерномпространстве, т.е. на плоскости.Для этого необходимо провести зондирование исследуемого объекта стрех неколлинеарных направлений ирешить систему из трех уравненийс тремя неизвестными (коэффициентомослабления и двумя проекциями УХ,дектора относительного градиента У(Р.Произвольный вектор е, задающийнаправление зондирования, в полярной.системе координат можно представитьследующим образомЕ = 1 СО 51 + 7 5 ПЧ)Тогда выражение (5) для плоскостиможно переписать в виде1(Р,е) = 1(,Р, М ) =со 5 ее ++51 п У ).,У(ф) - 2 Е (Р) = 1.7(Р)СО 5 Ч + Ч(Й) 51 П ее - 2 Е (Р),Учитывая что скалярные произведе Ч( ) = Чх(Р) и, Ч(Й) =(Й)являются проекциями вектора (М)на базисные векторыи , для величины с(Р,уе ), полученной при зондировании исследуемого объема под углом 9 , можно записать следующее выражение1(Р, Ч ) = Чх(Р)со 5 9 + Ч (Р)51 П Ч в .2 Е (ее).Таким образом, при зондированииисследуемого объема по трем различным неколлинеарным направлениям е,Ее И Е 5 эаДаВаЕМЫМ, СООтВЕтСтВЕННО,углами сК , ( и у е получаем систему из трех линейных независимых уравнений с тремя неизвестными Ч,(Й),Ч (Й), б (Р) (фиг.2),1(Й, Ы) = Чх(Й) с 05 с + Ч (Й)51 п сС, - 2 Е (Р)1(йп)5 ) = Ч)е(Й)С 05 ) + Чу (Р)51 п Ъ - 2 6(Й) (б)1(Р, ) =. ЧХ(Й)с 05+ Ч (Я)5 п у - 2 (В)/5о 1-, Я, о 1.Ф Э , т.е. вслучае зондирования по неколлинеар ным направлениям. зная величины взаимных углов между направлениями посылки зондирующих импульсов А =(фиг.2), получаем выражение для ве личины коэффициента ослабления оптического излучения1СЯе,)миА+ЮМ,е,)Миь+е(Й,е 5)з)и сА . Вс8 8 и - 81 и з 1 п 20 йВеличины проекциф вектора относительного градиента Ч(Р) будут рав- ны ф 1 1 ф25 Ух (Й) = --1(Й, с) (со 5- со 5 у)+)е 5 П(9) 40 Следовательно, зная величины 3 ( Ку)и взаимные углы Ае В и С между направлениями зондирования исследуемого объема, можно определить его оптические характеристики без априор )еых сведений о характере рассеивающей;греды.Аналогично легко получить выраженние для коэффициента ослабления С(Й)и величин проекций вектора относи тельного градиента в трехмерном простраистве. В этом случае необходиморешить) систему четырех уравнений счетырьмя неизвестными Е(Р).и проекциями Ч 1, У , У вектора относитель неого гРадиента на базисные вектоРаИ декартовой систе 1)ы координат.Предлагаемый способ не требуетмаксимально возможного значения суммарного сигнала, а значит, не требует проведения зондирования на большие расстояния, и позволяет проводить .измерения оптических характеристик при помощи лидаров, имеющих относительно невысокий энергетический 5.потенциал. Возрастает точность оп966639 Формула изобретенияСпособ определения оптических характеристик рассеивающих сред путем посылки световых импульсов малой длительности, преобраэованйя рассеянных в обратном направлении светоВых импульсов в электрические сигналы при увеличении усиления принятых сигналов пропорционально квадрату текущего времени, отсчитываемого с момента посылки светого импульса, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, световые импульсы посылают через исследуемый объем рассеивающей срЕды поочередно не менее, чем с трех неколлинеТираж 717 Подписно ИИПИ Заказ 7838.Ужгород, .Ул.Проектно Филиал ППП "Патент ределения коэффициента ослабленияоптического излучения по сравнениюс известным. арных направлений, по каждому из неколлинеарных направлений измеряютсигналы обратного рассеяния, опреде-ляют взаимные углы между направлениями посылки зондирующих импульсов,а затем по величинам логарифмических прои:-водных сигналов обратногорассеяния и величинам взаимных углов между направлениями судят о величинах коэффициента ослабления оп 10 тического излучения и об относительном градиенте коэффициента обратного рассеяния оптического излучения в исследуемом объеме рассеиваю,щей среды.15 , Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССРР 873785, кл. С 01 Я 1/00, 15. 10.81,2, Авторское свидетельство СССР2 О 9 390401, кл. 6 01 Ч 1/ОО,11.07. 73 (прототип).