Способ определения прозрачности атмосферы

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 21 4(5) С 01 М 21 4 1 И 10 ИЙ ЕТЕН тли и и с я тем ЧОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ С О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТОПИСАНИЕ И ТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(46) 23,06.85. Бюл, 9 23 (72) В.А.Ковалев и В,М.Игнатенко (71) Главная геофизическая обсерватория им. А,И. Воейкова(56) 1 Авторское свидетельство ССС Р 412581, кл. С 01 Ч 1/00, 1974.2. Авторское .свидетельство СССР Ф 390401, кл. С 01 Ч 1/00, 1973(54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОЗРА НОСТИ АТМОСФЕРЫ. путем 1 осылки в . атмосферу под углом к горизонту по трассе зондирования светового импульса, преобразования обратно рассеянных сигналов в сигналы электрического тока и накопления в пределах исследуемого слоя и всей трассы зондирования с последующим определением их отношечто, с целью повышения точности, посылают в атмосферу дополнительный световой импульс под другим углом к горизонту, преобразуют и накапливают обратно рассеянные сигналы аналогично преобразованию и накоплению обратно рассеянных сигналов основного светового импульса, при этом время от момента посылки дополнительного импульса до начала накопления и промежутки времени накопления устанавливают пропорциональными соответствующим промежуткам времени при посылке основного светового импульса с коэффициентом пропорциональности, равным ф отношению синусов углов посылки основного и дополнительного импульсов, и по двум отношениям накопленных сигналов судят об.их искомом параФЩь метре.3217 1 116Изобретение относится к атмосферной оптике, может быть использовано при лидарном зондировании атмосферы для определения параметров атмосферы по .ослаблению световых сигналов в 5 нижних слоях атмосферы и предназначено преимущественно для определения .наклонной дальности видимости на аэродромах; при использовании двух- частотного зондирования может быть применено для определения концентрации газовых составляющих в атмосфере, исследования источников загрязнений и так далее в мониторинге за состоянием окружающей среды, 15Известен способ определения проз" рачности атмосферы, сущйость которого заключается в том, что принятыевэхосигналы лидара накапливают в течение двух различных промежутков времени, 20 соответствующих протяженности всей трассш зондирования и ее части, равной величине элементарного разрешаемого по дальности объема атмосферы, и по отношению накопленных сигналов 25 судят о прозрачности 11.Недостатками этого способа являются невысокая точность и неоднозначность получаемых результатов при отсутствии дополнительной информации ЗО об оптическом состоянии атмасферы.Наиболее близким к изобретению является способ определения прозрачности атмосферы путем посылки под углом к горизонту по трассе зондиро- З 5 вания светового импульса, преобразо" вания обратно рассеянных световых сигналов в сигналы электрического тока и накопления в пределах исследуемого слоя и всей трассы зондирования с последующим определением ихотношения 2 3.Недостатком известного способа является возможность появления значительных и трудно контролируемых 45погрешностей измерения в тех случаях,когда максимальное значение накопленного сигнала не достигает насыщения,т.е. когда оптическая толщина Татмосферы в пределах дальности дейстОвия лидара меньше тех значений, прикоторых наступает насыщение. Этоприводит к тому, что при определениипрофиля прозрачности появляется фиктивное возрастание показателей ослаб ления, особенно существенное в концезондируемой трассы. Для устраненияэтого требуется дополнительная информация об оптическом состоянии атмосферы на каком-либо участке зондируемой трассы,Целью изобретения является повышение точности способа.Эта цель достигается тем, чтопри способе определения прозрачностиатмосферы путем посылки в атмосферупод углом к горизонту по трассезондирования светового импульса,преобразования; обратно рассеянныхсветовых сигналов, скорректированныхна квадрат расстояния, в сигналыэлектрического тока и накопленияв пределах исследуемого слоя и всейтрассы зондирования с последующимопределением их отношения, посылаютдополнительный световой импульс поддругим углом к горизонту, преобразуют и накапливают обратно рассеянные сигналы аналогично преобразованию и накоплению обратно рассеянныхсигналов основного светового импуль-,са, при этом время от момента посылки дополнительного импульса до началанакопления и промежутки времени накопления устанавливают пропорциональными соответствующим промежуткам времени при посыпке основного светового импульса с коэффициентом пропорциональности, равнйм отношению синусовуглов посылки основного и дополнительного импульсов, и по двум отношениям накопленных сигналов судят об искомом параметре. На чертеже показана схема зондирования. На схеме линия 1 соответствует поверхности Земли, линии 2 и 3 соответствуют нижней и верхней границам горизонтального слоя йН, в пределах которого прозводится накопление сигналов: о - точка, в которой установлен источник световых импульсоь (лидар); Ч - угол, под которым посы" лают основной световой импульс;М- угол под которым посылают дополнительный световой импульс;горизонтальный слой, прозрачность которого под заданным углом Ч определяется; аЬ,- горизонтальные слои атмосферы, составляющие часть исследуемого слоя аЪНакопление сигналов производится на участках ас и Ьс при зондировании под заданным угломк горизонту и на участках ЫГ и В при зондировании под углом(можно вместорого производится накопление сигналов (участки Р и Ьс), желательновыбирать максимально возможной сточки зрения дальности действия лидара, Основное требование при выборе 5высоты верхней границы 3 заключаетсяв том, чтобы расстояние ос, соответствующее меньшему углу зондирования (в данном случае углу), непревышало дальности действия лидара. 10Определяют значение шага дискретного изменения протяженности зондируемого слоя, минимальное значениеэтого шага при зондировании под большим углом не должно быть меньше протяженности элементарного разрешаемогопо дальности объема атмосферы. Вобщем виде это условие формулируетсятак: минимальное значение шагапропорционально протяженности элементарного разрешаемого по дальностиобъема атмосферы с коэффициентомпропорциональности, равным отношениюсинуса большего угла к синусу угла,под которым производится зондирование (оптимальное значение шага должно определяться от толщины зондируемого слоя, требуемой детализациипрофиля и так далее и может вомного раз превосходить минимальное ЗОзначение).Устанавливают лидар под заданнымуглом Ч к горизонту, для каждойпосылки (или серии посылок) производят накопление сигналов в пределахслоев ыЬ и Ъс и определяют отно"шение накопленного сигнала в одномиз этих слоев, например Ьс, ксумме накопленных сигналов в слое- (пЬ) + (Ъс); при практической 4 Ореализации можно установить дванакопителя, накапливающих сигналы вслоях Ь с и в суммарном слое ьс одновременно. Минимальная протяженность участка юЬ определяется указанным условием.Повторяют это, дискретно меняяпротяженность части зондируемогослоя, и определяют отношения накопленных сигналов на участках Ъ 2 с иас и т,д,Устанавливают лидар под углом Ми последовательно определяют отношения накопленных сигналов ,7 научастках е Е и .дГ, затем е, Е и дЕ 55и т.д.По каждой паре отношений 3, и Эполученных при разных углах зондирования и относящихся к одним и темже горизонтальным слоям, пб монограммам или по формулам (7) и (8) есливыполнено условие (1), при которомони выведены, определяют профиль иобщую прозрачность зондируемого слояпод угломЕсли необходимо определить лишьобщую прозрачность слоя д Ь подуглом , то достаточно использоватьлишь два отношения накопленных сигналов Э и Э , выбрав пределы накапливаемых сигналов согласно формулам.Для оценки достоверности полученного значения Т; необходимо провестисерию измерений отношений Э и 3,сохраняя неизменными границы слояДЪ. и меняя дискретно высоту верхней границы слоя д Н.Проведя ряд измерений отношений3 и Э при разных значениях высотыверхней границы д Н и определяякаждый раз значение Т; , можно оценить достоверность полученных результатов: наличие каких"либо погрешностей или невыполнение условий,положенных в основу способа, приводятк увеличению разброса величины Т;или к появлению ее монотонного ходапри изменении высоты верхней границыслоя дН, Главной особенностью здесьявляется не увеличение числа измерений, а измерение условий каждого пос-,ледующего измерения. Одновременнопоявляется критерий выбора верхнейграницы слоя ДН; при соседних дискретных значениях выбираемого значения дН значение Т,. не должно иметьсущественного хода. Если такой ходнаблюдается, что говорит о наличиикрупномасштабных неоднородностей, товысота верхней границы слоя 4 Ндолжна быть изменена в ту или инуюсторону.Использование принципа равенствасредних показателей ослабления в горизонтальных слоях большой протяженности и воэможность проверки выполнимости этого условия в реальных условиях позволяют устранить появлениенеконтролируемых погрешностей способа,так как не требуется получение максимального накопленного сигнала.Предлагаемый способ позволяетпростыми средствами, непосредственною результатам измерений оценивать1163217 Составитель С. НепомнящаяТехред О,Неце Корректор О. Луговая Редактор И. Николайчук Заказ 4097/42 Тираж 897 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул, Проектная, 4в достоверность и надежность полученных данных, при этом в качестве критерия могут быть использованыобычные метрологические характеристики, например дисперсия определяемогопарамстра. Меняя протяженность участков накопления, можно не только определить проФиль, но и уточнить значение прозрачности зондируемого слоя, не увеличивая число углов наклона зондирования, Это существенно повышает 5 оперативность получения данных иупрощает поворотное устройство лидара.