Способ определения структурной характеристики атмосферной турбулентности Советский патент 1993 года по МПК G01N21/47 

I

Изобретение относится к области атмосферной оптики и может быть использовано для определеиия оптических и метеорологических параметров атмосферы.

Цель изобретения - увеличение то нocти, -.оперативности и дальности измерений структурной характеристики атмосферной турбулентности.

На фиг. 1 изображена бистатичес- кая схема устройства для реализации предложенного способа; на фиг. 2 - моностятическая схема указанного устройства.

Способ заютючается в том,, что источник 1 непрерывного (фчг.1) лазерного излучения направляет с помощью телескопической оптической системы 2 под зенитным углом б пучок излучения через слои турбулентной атмосферы длиной .L в исследуемый рассеивающий объем 3 длиной 1, где пучок рассеивается на частицах аэрозоля и, возвратйвншсь назад, попадает в приемную систему 4. В фокальной плоскости приемной линзы устанавливается фотоприемьшк устройства 5 измерения случайных смещений изображения.

По -полученным данным с учетом радиуса посылаемого пучка излучения а, , зенитного угла .0 трассы зондирования и превьшения высоты И иссле дуемого рассеивающего объема над высотой источшша цзлучения судят о значениях искомого параметра.

При моностатической схеме рования (фиг с 2) импульсньй источник 6 посьшает с помощью оптической системы 7 излучение в исслёдуемьй рассеивающий объем 3. Рассеянное обратно излучение попадает на све- тоделительную пластину 8 и на приемник устройства 9 измерения случайных смещений изображения, по которому судят об .исследуемом параметре .

При посылке в исследуемый объем атмосферы коллимированного лазерного излуче1шя и приеме обратно рассеянного излучения принятый полнь световой поток через объектив приемной системы определяется вьфаже- нием

. в.

е

(1)

где величина совпадает с дисперсией случайных смещений изображения рассеивающего объема на рас

21707А

стоянии Ь от источника излучения, а 6 определяет дисперсию случайных- смещений изображения протяженного некогерентного источника, размеры 5 которого совпадают с размерами рас- сеивающего объема.

Первое слагаемое обусловлено случайными искажениями фазового фронта пучка на пути к рассеиваю- 10 щему объему. Эти искажения (наклоны фазового фронта) вызьшают случайные изменения положения зондирующего пучка в пространстве как целого, следовательно, вызывают дрожй- (5 ние следа пучка и изображения рассеивающего объема.

Второе слагаемое связано с искажениями фазы волны иа пути от рас20 сеивающего объема к приемной системе. Таким образом, дрожание изображения определяется явлениями - дрожанием зондирующего пучка на рас- стоянииЧ от передатчика и дрожани25 ем изображения протяженного некоге- рентного источника, размеры которого совпадают с размерами объема рассеяния..

При бистатической схеме-зондиро- вания (фиг.1) с непрерьшным (полностью когерентным) лазерным источником ( Ч. 3, f - угол расходимости пучка) выражение (1) прийи- мает вид . 35и

6 Versec0Jc(t){(l-t|HAoL(i-t|H)}dt,

где сС 0,86 (/QO Г Ьо80 ; С- дпина рассеивающего объема, Р d +

; fg-,. угол поля зрения при- емной системы, определяемый размером полевой диафрагмы; 9 - зенитный угол трассы; d - диаметр приемника; С1о радиус посыпаемого ла зерного пучка; С (t) - структурная характеристика показателя прелоиле- кия атмосферной турбулентности; И - превьщ1ение исследуемого объема над источником излучения; t- переменная

50 ийтегрирования. .

В этой схеме зондирования изображение рассеива снцего объема представляет собой протяженную светящуюся нить с продольным размером, равным

55 F /L. ,и поперечнь1м - Р,/,, где F - фокусное расстояние приемной линзы, а Е., . Измеряя значения дис персии б| (Ь) для дискретного

набора значения высот рассеивающего об ьема .над- подстилающей поверхностью bj ( j 1,2,...,h), из интегрального уравнения восстанавливают высотный профиль.

При Р О.О (продольный размер . рассеивающего объема много больше; поперечного) за Счет усреднения фазовых флуктуации, по протяженному не-, когерентному источнику дисперсия 6, ста новится мала по сравнению с б (о1 « 1), поэтому слагаемым вида Ы (1 -t /Н) в подынтегральном вьфажении в формуле (2) можно пренебречь. При этом интегральное уравнение для определе ния принимает вид

10

-.2

f5

С нСь.)

ftч(Р о) и формула (2) принимает в

p(h)Ma«s c0JcJ)ri-l/H) dt. (3) .,4 -1/3 r% ,,f ., ,г . о бf-- . o„secв C a).(-)o.ier

E случае слаборасходящегог.я пу ка, когда средний размер пучка на расстоянии L от излучателя р,, ((.) остается близким к своему начальн му размеру, т.е; (L) - о, дис персия .дрожа1шя изображения следа пучка в рассеивающей среде ёр и параметр С, связаны простьп-от л нейными (буо «С) соотношениями вида (2), ГЗ).

В других же случаях при РьСЬ)« или Pj ( связь б . и е становится нелинейной. t

При моностатической схеме .зонд рования, т.е. в случае импульсног источника (фиг.2), величина Е сов падает с размером зондирующего пу ( С Од) и формула (2) принимает в

Выбор в качестве зондирующего пучка слаборасходящегося ( У 3) типа излучения позволяет повысить точ-. Кость , оНеративность измерения С, а также дальность зондирования.

(Р о) и формула (2) принимает в

.,4 -1/3 r% ,,f ., ,г . бf-- . o„secв C a).(-)o.ier

E случае слаборасходящегог.я пучка, когда средний размер пучка на расстоянии L от излучателя р,, ((.) остается близким к своему начальному размеру, т.е; (L) - о, дисперсия .дрожа1шя изображения следа пучка в рассеивающей среде ёр и параметр С, связаны простьп-от линейными (буо «С) соотношениями вида (2), ГЗ).

В других же случаях при РьСЬ) или Pj ( связь б . и е становится нелинейной. t

При моностатической схеме .зондирования, т.е. в случае импульсного источника (фиг.2), величина Е совпадает с размером зондирующего пучка ( С Од) и формула (2) принимает вид

: K()-t(W) dt}СМ

Длина объема рассеяния и прострайст- . венное разрешение определяются длительностью импульса.

Составитель с.Непомнящая Редактор Н.Загребельная Техред т.Дубинчак К орректор Л.Пилипенко

Заказ 1090Тираж

ВНИИ1Ш Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб,, д.4/5

Филиал ПШ1 Патент, г.Ужгород, ул.Проектная,4

Фиг. 2

Подписное