Способ определения вертикального распределения параметра атмосферы Советский патент 1983 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано в устройствах для измерения угловой зависимости уходящего излучения атмосферы в ИК и СВЧ областях спектра в направлениях, проходящих вне ди.ска Земли. , Известен определения верти кального распределения параметра атмосферы, заключакЬщийся в измерении датчиком излучения, установленным на спутнике, спектральной зависимое ти уходящего теплового излучения атмосферы и обрсццении измеренных значений спектральной зависимости уходящего излучения атмосферы в профиль параметра атмосферы. Профиль параметров атмосферы восстанавливается до высот 30-35 км Наиболее близким к изобретению по технической сущности является спо - срб определения вертикального т)аспре деления параметра атмосферы путем измерения датчиком излучения угловой зависимости уходящего излучения от исследуемого слоя атмосферы в напра:влениях, проходящих вне диска Земли, и обращении измеренных значе . НИИ уходящего излучения атмосферы в профиль параметра атмосферы С21. Восстановление распределения параметра атмосферы по измеренным значениям угловой зависимости уходящего излучения атмосферы сводится к ре-шению интегрального У1 авнения Фредгольма первого рода. Однако подобная задача относится к классу некорретных задач математической физики, вследствие этого вертикальное разрешение метода не превышает ширины ядра интегрального уравнения. Попытка получить лучшее .вертикальное разрешение приводит к усилению ошибки восстановления. Па точность определения распределения параметра атмосферы Оказывает влияние внутренний фон измерительного устройства. Цель изобретения - повышение точности определения вертикального распределения параметра атмосферы. Поставленная цель достигается тем что согласно способу определения вер тикального распределения параметра атмосфера путем измерения датчиком излучения угловой зависимости уходящего излучения от исследуемого слоя атмосферы в направлениях, проходящих вне диска Земли, в поле зрейия даочи ка излучения по линейному закону осу ществляют периодическое перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы в вертикальном направлении на частотах, кратных частоте перекры вания, измеряют амплитуды гармоник оптического сигнала и по измеренным амплитудам оптического сигнала судят о вертикальном распределении параметра атмосферы. Перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы осуществляют по трапецеидальному закону. Перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы осуществляют сканированием в вертикальном направлении полем зрения, равным половине сектора сканирования слоя атмосферы, включающего в себя ирследуемый слой атмосферы и слой атмосферы,, лежащий выше него. На фиг. 1 изображен закон перекрывания поля излучения исследуемого слоя атмосферы. На фиг. 2 - блок-схема устройства, реализующего предлагаемый способ; на фиг. 3 - закон сканирования устройства. Блок-схема (фиг. 2) содержит опорный излучатель 1, оптическую.систему 2 опорного канала, сканирующее зеркало 3, оптическую Оистему 4 изерйтельного канала, датчик 5 излу- . чения, электронный канал 6. . Ордината незаштрйхованной области (фиг. 1) определяет соответственно . верхнюю переменную и нижнюю постоянную границы исследуемого слоя атмосферы, находящегося в данный момент .времени в поле зрения датчика. излучения. Измере.нный датчиком поток излучения, как функцию времени, можно представить в виде fWM F(x)dx, И) о де F(x) - вертикальное распределение плотности потока излучения;if(-fc) - четная, периодическая функция, определяющая закон сканирования и равная 2Xt/r/T при 0, Т - йериод.сканирования; X - вертикальные размеры исследуемого слоя атмосферы. Спектр Фурье сигнала ((-t) представляет бесконечный ряд гармоник с частотами, кратными WjjS 23(/Т и с амплитуами (t,co5(). U); Интегрируя (2) по частям, найдем A 2/jrnJ (t)tf;()dt.(3)l Заменяя 4(-t) на х, 4(i:)clt насЗх приведем-(3) к виду X ,1р(х).(4} Значения являются, коэффициентами разложекьия Г (X) поvjsin - на отрезке О, xj. - .Л с учетом (4) и (5) получим выражени для определения вертикального распределения плотности потока излучения для ограниченного числа гармог. ник N. (х-)...п1П21. (ь, Интегрированием по частям ypasiSe ние (4) можно привести к виду F(0)-(-1) F(XH (Т) -(Лп)2 X ь F4x) Значения А 1 п - 2--2/x F(Ob(-1)F{X) (в) t А . ЯВЛЯЮТСЯ коэффициентами разложения Р (Х) по на отрезке Co,xJ. G I . . учетом (7) и (8) получим выражение для определения производной поля из лучения исследуемого слоя атмосферы .-N . -- , О) Ao/2 (0)-F(X). В предлагаем9м способе, измерив амплитуды N гармоник оптического сигнала/ из (6) и (9) можно соответ ственно восстановить вертикальный профиль яркости ат мосферы и его про изводную. Для определения производной профиля яркости необходимо знат (0) и F (X) - значения профиля яркос ти в крайних точках исследуемого слоя атмосферы. -Величины р(0) и (X мосут быть определены непосредстве но из (6). Устройство/ реализующее предлага емый способ, работает в двух режима В измерительном режиг 1е jc помощью качающегося зеркала 3 в вертикальном направлении осуществляется периодическое сканирование слоя атмосферы,включающего в себя исследуемый слой атмосферы и слой атмосферы,лежащий выше . него,излучением которого можно пренебречь с высотой интенсивность собствен- ного излучения атмосферы уменьшается и . на высотах более 70-80 км излучение атмосферы можно считать равным нулю). Сканирование осуществляется по линей-. ному закону полем зрения, равным половине сектора сканирования. Исследуемый слой атмосферы по вертикали должен занимать не более половины сектора сканирования. В режиме алибровки с помощью качакицегося зеркала 3 осуществляется периодическое сканирование поля излучения, включающего в себя опорный излучатель 1 и космос. Сканирование осуществляется по линейному закону полем зрения, равным половине сектора сканирования. Оптическая система измерительного канала 4 (фиг..2) фокусирует поток излучения от .сканируемого сектора на чувствительную площадку датчика 5 излучения. Датчиком 5 излучения и электронным каналом 6 устройства измеряются амплитуды гармоник оптического сигнала,-При сканировании в крайних положениях зерка-. ла 3 происходит его остановка (фиг. 3). Во время остановки зеркала 3 сигнал на выходе электронного канала б отсутствует. Таким образом, в выражении (7) для амплитуды п-той гармоники оптического сигнала относительно производной поля излучения исследуемого слоя атмосферы внеинтегральный член можно считать равным нулю. В: этом случае для производной получим соотношения р;СХ). Предлагаемый способ позволяет из:мерять не только поле яркости исследуемого слоя атмосферы, но и его производную. Это дает возможность использовать для определения вертикального распределения параметра атмосферы интегральное уравнение Вольтера второго рода. Поле зрения датчика излучения по вертикали увеличено, исследуемый слой атмосферы полностью находится в поле зрения датчика излучения, что позволяет увеличить поле зрения датчика излучения и. по горизонтали. Таким образом, поток излучения, измеряемый датчиком в

1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕР ТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА АТМОСФЕРЫ путем измерения датчиком излучения угловой зависимости уходящего излучения От исследуемого слоя атмосферы в направлениях, проходящих вне диска Земли, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в поле зрения датчика излучения по линейному закону осуществляют периодическое перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы в вертикальном направлении на частотах, кратных частоте перекрывания, измеряют амплитуды Гармоник оптического сигнала и по измеренным амплитудам оптического сигнала судят о вертикальном распределении параметра атмосферы. 2.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы осуществляют по трапециедальному закону. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что лерекрывание поля излучения исследуемого слоя i атмосферы осуществляют сканирова- , Л нием в вертикальном направлении полем зрения, равным половине сектора сканирования слоя атмосферы, включающего в себя исследуемый слой атмос 2 феры и слой атмосферы, лежащей выше него. 00 00 со