Способ определения среднего по трассе показателя преломления воздуха

Изобретение относится к исследованиям Физических свойств атмосферы с помощью оптических методов и может быть использовано в метрологии, геофизике, геодезии для редукции свето дальномерных измерений к свободному пространству.Цель изобретения - упрощение про. цесса измерений без ограничений на дальность измерений.На фиг.1 изображена траектория светового луча в атмосфере; на фиг,.2- суточный ход радиационного баланса Р.ц (кал/см ч) и вертикального гра 9 Т диента температуры воздуха -- наЗЕ высоте 2 м над землей; на Фиг,3 - графики выбора периода изотермами в зависимости от широты , .времени года, суток и времени захода (восхода) солнца с ; на фиг.4 - типичные кривые дневного хода угла полной рефракции для коротких (нижняя кривая) и длинных (верхняя кривая) трасс; на Фиг.5 - устройство для реалиэации способа.При распространении светового луча в атмосфере из-за неоднородностей показателя преломления воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях возникает искривление траекто- рии, которое характеризуют углом полной рефракции бЬйп й епб = --- Йх (1)Йг Йгодпгде --- вертикальный градиент пока.Йгзателя преломления, зависящий,от координаты х вдоль прямой, соединяющей точки 1 и 2 (Фиг.1);Ь - длина трассы.Из физики приземного слоя атмосферы известно, что 2 раза в сутки, примерно в течение 2 ч после восхода и за 2 ч до захода солнца наступают моменты изотермии атмосферы, когда поток тепла с поверхности земли равен потоку тепла, получаемого земной поверхностью от атмосферы. Эти периоды характеризуются нулевым градиентом температуры.Угол полной рефракции принимает определенное значение в момент времениизотермии атмосферы и это значение б(ТО) можно вычислить.Градиент. показателя преломления воздуха опредепяется формулой(4) Зная приближенную длину трассыЬ, по измерениям метеопараметров на 20концах трассы можно вычислить изотермический угол полной рефракции поформуле (4), Если измеренное значение угла полной рефракции принимаетвычисленное по формуле (4) значение,то момент изотермии точно известен,В этот момент времениЙ (пъ д еп ЙР Эс.п ЙТ+аг = а Р аг ат Зг З 0 Зп йР 79 9 10дР йг Т Р 0,0342 = р2,710 1На фиг.4 показаны утренние и ве-З 1 черние моменты иэотермии, когда рассчитанные по формуле (4) углыб совпадают с измеренными. В момент изотермии зависимость среднего показателя преломления воздуха от высотыочень слабая и выражается линейнойФункцией. Так, при разности высот-81 м имеет лп порядка 3 -10 . Учитывая,что в горизонтальном направлении получу изменение показателя преломпенйятакае определяется высотой луча надземной поверхностью, можно полагать,что существует слабая линейная зависимость показателя преломления воэдуэа вдоль трассы. Поэтому в моментизотермии можно определить среднеепо трассезначение показателя преломления воздуха, как среднее из егозначений, рассчитанных по метеопараьйтрам, которые измеряют -на концах11 трассы в момент времени йНа фиг.5 дана схема интерферометра для измерения угла полной реф"реакции., 1260772Интерферометр работает следующим образом.Излучение лазера 3 последовательно проходит поляроид 4, объектив 5, 6, диафрагму 7, пластинку 3 /2-8, поляроиды 9 и 10, диафрагму 11, пластинку /2-12, объектив 13, 14. Систе ма поляроидов и пластинок 9 /2 приводит к тому, что верхний и нижний пучки разделены и при интерференции 10 в точке 2 приема позволяют определить угол б, если измерить разность хода 3 интерферирующих лучей б = 3 /Ъ (Ъ - база интерферометра).Предложенный способ осуществляют 15 следующим образом.В точках 1 и 2 (фиг.1) устанавливают метеорологические приборы для измерения температуры, давления и влажности, а также устройство для Ю измерения полного угла рефракции (фиг.5). В частности, угол полной рефракции можно измерить с помощью интерферометра (фиг.5). Используя график (фиг.З), определяют приближенно момент Со. В течение часа, симметрично во времени относительно производят измерение угла полной реф. ракции при одновременном измерении метеопараметров, По формуле (3) рас считывают среднее по трассе значение показателя преломления воздуха, в момент когда измеренное значение.б совпадает с рассчитанным по формуле (4),Точность предложенного способа можно оценить из следующих соображений. Согласно (2) при точности изменрения 6 порядка 4 , длине исследуемого участка по вертикали бг = 1 м, Ь = 1000 м имеем 40 что вполне удовлетворяет потребностям метрологии на современном уровне 45Таким образом, предложенный способ благодаря новым операциям: от-. слеживанию во времени угла полной рефракции, симметрично во времени относительно среднего Момента Ф нулевых вертикальных градиентов температуры воздуха, измерению метеопараметров на концах трассы - обладает техническими преимуществами в сравнении с известными, а именно процесс измерения упрощается так как метео измерения необходимо проворить только на концах трассы, для измерения угла рефракции можно использовать простые устройства, Способ относится к дистанционным способам определения показателя преломпения воздуха и может быть использован на трассах со сложным рельефом подстилающей поверхности.Формула изобретенияСпособ определения среднего по трассе показателя преломления воздуха, включающий измерения давления воздуха и абсолютной температуры в дискретных точках трассы, по которым рассчитывают средний по трассе показатель преломления воздуха, о т л ич а ю щ и й с я тем, что, с целью упрощения процесса измерений без ограничений на дальность измерений, измерения давления воздуха и абсолютной температуры проводят на концах трассы, при этом в период времени С, симметричный относительно момента Со нулевых вертикальных градиентов температуры воздуха, отслеживают угол полной рефракции б (С), а средний по трассе показатель преломления воздуха определяют в момент С , когда измеренный угол полной рефракции совпадает с вычисленным по формулеб(С,) = 2,7 106 Ргде Ь - длина трассы, м;Р - среднее давление воздуха,мбар;Т - средняя абсолютная темпераотура воздуха, С.12 б 0772 О 1 г Составитель С.ГолубА,Долинич ТехредМ.Ходанич оррект ор Л. Пилипе нк а Нодписниитета СССРоткрытийская наб д го ий Ра ктная, 4 роизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, у % Заказ 5220/41ВНИИПИ Гпо дел113035,аж 778дарственнизобрете ква, Жй ф