СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ И ВЫСОТЫ КОРОТКОИМПУЛЬСНОГО ВЫСОТНОГО ИСТОЧНИКА РЕНТГЕНОВСКОГО ИЗЛУЧЕНИЯ С ПОМОЩЬЮ НАЗЕМНОГО ФОТОПРИЁМНОГО УСТРОЙСТВА Российский патент 2016 года по МПК G01S11/00 

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений.

Известен способ [1] определения координат источника радиоизлучения (ИРИ) в пространстве. Сущность способа: в качестве поверхностей положения ИРИ используются плоскости, содержащие линию положения ИРИ, представляющую собой пересечение двух гиперболических поверхностей положения, соответствующих разностно-временным измерениям. Способ основан на приеме сигнала ИРИ четырьмя антеннами, измерении трех разностей времен приема сигнала антеннами, образующими измерительные базы, последующей обработке результатов измерений с целью вычисления значений параметров положения ИРИ и вычисления координат ИРИ как точки пересечения трех плоскостей положения. В итоге происходит однозначное определение линейных координат. Недостатком способа является необходимость наличия нескольких антенн, а также необходимость привязки к системе единого времени.

Известен также способ [2] определения местоположения источника излучения энергии по двум пунктам наблюдения, расстояние между которыми неизвестно. Сигнал от неизвестного источника регистрируется на двух пунктах связи и на этих же пунктах регистрируется сигнал от известного источника, затем измеряется разница во времени прихода сигналов. Далее по разнице во времени для известного источника определяется расстояние между пунктами связи и определяются координаты источника излучения энергии. Недостатком способа является необходимость проведения измерений не менее чем в двух пунктах регистрации, а также необходимость наличия известного источника излучения.

Прототипом может служить способ [3] засечки ядерных взрывов по флуоресцентному излучению, реализованный в США. Угол обзора фотоприемного устройства - 120 угловых градусов, обнаружение ядерного взрыва происходит по оптическому флуоресцентному излучению светящегося слоя атмосферы. Основным недостатком способа является необходимость расположения нескольких фотоприемных устройств для определения направления на ядерный взрыв.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в том, что измерения проводятся с помощью одного фотоприемного устройства и не требуется привязка к системе единого времени.

Технический результат в предлагаемом способе достигается тем, что измеряют зенитный угол источника рентгеновского излучения и разность времен прихода импульсов оптического флуоресцентного излучения, приходящего из направления на источник рентгеновского излучения и из зенита, а дальность от фотоприемного устройства до источника рентгеновского излучения и его высоту определяют по определенным соотношениям.

Схема реализации способа представлена на фигуре 1, где 1 - земная поверхность; 2 - высота z светящегося слоя атмосферы; 3 - источник импульсного рентгеновского излучения; 4 - высота источника Н; 5 - дальность D до источника 3; 6 - направление в зенит; 7 - фотоприемное устройство, 8 - точка пересечения рентгеновского луча и направления в зенит 6; 9 - рентгеновский луч, идущий в направлении на зенит от источника к точке 8, находящейся на высоте z; ϑ - зенитный угол источника.

Суть предлагаемого способа состоит в следующем. Пусть на высоте Н порядка 100 км и более, и которую нужно определить, возник импульсный источник рентгеновского излучения. Длительность импульса мала и составляет 20-50 нс. Рентгеновские лучи интенсивно поглощаются воздухом на высоте z, равной примерно 80 км.

Поглощение в слое атмосферы происходит в основном из-за фотоэффекта, при котором возникает поток электронов. Эти электроны, взаимодействуя с атомами и молекулами воздуха, приводят их в метастабильные состояния возбуждения. Снятие возбуждения на такой высоте происходит преимущественно излучательным путем. Вследствие этого на высоте z возникает флуоресцентное свечение воздуха, подобное северному сиянию. Спектр свечения линейчатый, с характерными линиями на различных длинах волн в диапазоне от 0,35 до 1,5 мкм. Таким образом происходит преобразование рентгеновского излучения в оптическое флуоресцентное. Это оптическое излучение регистрирует фотоприемное устройство (ФПУ), установленное в пункте 7. Из-за того, что длительность рентгеновского импульса мала, в пункте 7 наблюдают яркую вспышку сначала в направлении 5 на источник 3, а затем наблюдают узкую светящуюся эллипсовидную фигуру, быстро распространяющуюся по небосводу. Когда эта фигура достигает направления в зенит в точке 8, возникает короткий импульс оптического излучения, который регистрируют при помощи ФПУ 7. Фотоприемное устройство 7 имеет два поля зрения: одно широкое примерно в 120 угловых градусов, охватывающее весь небосвод; второе - узкое поле зрения с углом примерно 2-4 угловых градуса, направленное в зенит в точку 8. В широком поле зрения регистрируют момент и направление 5 прихода прямого оптического излучения и измеряют угол ϑ между направлением 5 на источник 3 и направлением 6 в зенит. В узком поле зрения регистрируют время прихода импульса оптического флуоресцентного излучения и измеряют разность Δt времен прихода импульсов из направления на источник 3 и зенитного направления 6. Дальность D до источника определяют по установленному соотношению:

где с - скорость света; z - высота светящегося слоя атмосферы; Δt - измеренная разность времен прихода на фотоприемное устройство импульсов оптического флуоресцентного излучения в направлении на источник и в зенит; ϑ - измеренный зенитный угол источника. Высота Н источника определяется по формуле

Таким образом, измерив параметры Δt и ϑ, определяют дальность до источника и его высоту с помощью одного фотоприемного устройства, что является преимуществом данного способа по отношению к уже существующим.

Источники информации

1. Сайбель А.Г., Гришин П.С. Разностно-дальномерный способ определения координат источника радиоизлучения и реализующее его устройство / Патент №2309420 - Россия, 2007 г.

2. Андерсон Н.С. Система определения местоположении источников излучения энергии по двум пунктам наблюдения / Патент №3137854 США, 1964 г.

3. Уэстервельт Д.Р., Термин X. Лос-аламосская система обнаружения флуоресценции атмосферы. // ТИИЭР, 1965, т. 53, №12, с. 2287-2292.

Изобретение относится к разностно-дальномерным способам определения координат импульсных источников ионизирующих и электромагнитных излучений. Достигаемый технический результат - упрощение осуществления способа. Указанный результат достигается за счет того, что при помощи наземного фотоприемного устройства регистрируют импульсы от оптического флуоресцентного излучения, которое возникает в результате воздействия рентгеновского излучения от источника на атмосферу. Фотоприемное устройство позволяет регистрировать время и направление прихода оптического импульса в направлении на источник. При этом измеряется зенитный угол источника. Кроме того, при помощи фотоприемного устройства регистрируют время прихода импульса оптического флуоресцентного излучения, приходящего из зенита. По измеренной разности времен прихода оптических импульсов из зенита и в направлении на источник и по измеренному зенитному углу источника определяют дальность до источника рентгеновского излучения и его высоту. 1 ил.

Способ определения дальности и высоты короткоимпульсного высотного источника рентгеновского излучения с помощью наземного фотоприемного устройства, включающий регистрацию импульсов оптического флуоресцентного излучения атмосферы, возникающего в результате воздействия рентгеновского излучения от источника на атмосферу, отличающийся тем, что измеряют зенитный угол источника рентгеновского излучения и разность времен прихода импульсов оптического флуоресцентного излучения, приходящего из направления на источник рентгеновского излучения и из зенита, а дальность D от фотоприемного устройства до источника рентгеновского излучения и его высоту Н определяют по формулам:

и

где с - скорость света; z - высота светящегося слоя атмосферы; Δt - измеренная разность времен прихода на фотоприемное устройство импульсов оптического флуоресцентного излучения в направлении на источник и в зенит; ϑ - измеренный зенитный угол источника.