СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ РЕФРАКЦИИ Советский патент 1994 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к атмосферной оптике и может быть использовано для определения угла атмосферной рефракции.

Целью изобретения является повышение точности и чувствительности измерения угла атмосферной рефракции и истинного направления на источник.

На фиг. 1 представлена схема устройства, реализующего способ; на фиг. 2 - зависимость параметра Р от Ω .

Устройство содержит когерентный 1 и некогерентный 2 источники излучения, модулятор 3, параллельную полупрозрачную пластину 4, атмосферную трассу 5, фокусирующую систему 6, измеритель 7 углового положения изобретения.

Устройство работает следующим образом. Оптические оси пучков когерентного источника 1 с формирующей оптикой и некогерентного источника 2 совмещаются с помощью плоскопараллельной полупрозрачной пластины 4. Пройдя атмосферную трассу 5, излучение приходит на приемную фокусирующую оптическую систему 6, которая строит изображение этих источников. В плоскости резкого изображения установлен измеритель 7 углового положения. Угловое положение изображений может быть измерено, например, оператором с помощью теодолита, совмещающего фокусирующую систему 6 и измеритель 7. Чтобы оператор отличал пучки друг от друга, один из них, например, некогерентный, модулируется модулятором 3 частотой 1 Гц, что обеспечивает мигание источника и его индентификацию. По измеренным угловым положениям источников θ ₁ и θ₂и их параметрам (радиусам пучков а, кривизны волнового фронта F и когерентности a_к на выходной апертуре) определяют угол рефракции и истинное направление на источник. Для определения только угла рефракции достаточно измерять лишь разность угловых положений источников Δθ = θ ₁ - θ ₂, а не их абсолютные величины относительно заданного направления, например горизонта.

Угол рефракции рассчитывается по формуле
α= ;
α_ист= , где P_i= ,
i = 1, 2 - номер источника;
Ω_i= ;
К = 1 π/λ ;
а_i - радиус пучка;
F_i - радиус кривизны волнового фронта пучка;
а_кi - радиус когерентности пучка;
λ - длина волны излучения;
L - длина трассы;
α_ист - истинное угловое положение источников.

Таким образом, измеряя разность углового положения изображения источников, определяют угол рефракции, измеряя же угловые положения этих источников относительно опорного направления, например горизонта, можно определить также истинное угловое положение источников.

Оценим точности измерения рефракции дисперсионным (спектральным) и описанным методами.

Относительное изменение индекса N рефракции для двух длин волн, например λ₁ = 0,4 мкм, λ₂ = 1 мкм, равно ≈0,0393 , т. е. разность импульсов рефракции составляет ≈ 4% от абсолютной рефракции на λ₁. Так, при величине угла рефракции α ( λ₁) = 600'' , разностная рефракция Δα≈ 24'' , а при α(λ₁) = 25'' Δα≈ 1 '' , т. е. сравнима с ошибками измерений.

В описанном способе измеренная разность углов рефракции значительна. Это поясняется примером расчета для коллимированных пучков (F _→ ∞ ) с различным параметром Ω и а_к. Как видно из фиг. 2, для когерентных пучков с Ω > 10 и Ω < 0,1 угол рефракции отличается в 2 раза (на фиг. 2 кривые: 8 - а/а_к = 0, а_к_→ ∞ ; 9 - а/а_к = 10; 10 - а/а_к= 20; 11 - а/а_к = 50; 12 - а/а_к = 100).

Для фокусированных пучков F > 0 величина угловых смещений изображения может быть больше или меньше, чем в 2 раза, по сравнению с некогерентным источником. Покажем это на примере. Из формулы для Р_iкогерентного источника (а_к -> ∞ ) следует, что при заданном Ω _iзначение Р_i достигает экстремума (максимума или минимума) при значениях = 1≠Ω-i

Таким образом, фокусировка одного из пучков или обоих в разные точки трассы позволяет существенно (в несколько раз) повысить точность и чувствительность способа. При этом фокусировка производится либо перед передней, либо за заднюю фокальную плоскость приемной оптической системы. Это связано с тем, что оптическая система строит мнимое изображение фокусированного пучка, если он находится между передней и задней фокальной плоскостями. (56) Авторское свидетельство СССР N 792102, кл. G 01 N 21/41, 1979.

Авторское свидетельство СССР N 1113714, кл. G 01 N 21/41, 1983.

Изобретение позволяет измерить угол атмосферной рефракции. Цель - увеличение точности и чувствительности измерений - достигается измерением угловых смещений оптического изображения двух источников света, отличающихся друг от друга и (или) когерентностью, и (или) расходимостью (фокусировкой), и (или) начальным размером светового пучка. В формуле изобретения приведено математическое выражение для параметра, связывающего перечисленные величины. Значения указанного параметра у используемых источников света не должны совпадать. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ АТМОСФЕРНОЙ РЕФРАКЦИИ, заключающийся в том, что пропускают через атмосферу излучение двух оптических источников, принимают это излучение приемной оптической системой, с помощью которой получают резкое изображение источников, и по угловому положению изображений этих источников судят об угле рефракции, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности и чувствительности измерения, пропускают через атмосферу пучки излучения, отличающиеся друг от друга значением параметра
P_i=
i = 1, 2,
где Ω_i= KQ_i² / L
a_i , F_i , a_ki - радиусы пучка, кривизны волнового фронта и когерентности соответственно на выходной апертуре источников;
L - длина трассы;
K=
λ - длина волны излучения. 2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что пропускают через атмосферу излучение когерентного или частично когерентного источника, при этом резкое изображение источника получают, фокусируя излучение до передней по ходу излучения или за заднюю по ходу излучения фокальную плоскость приемной оптической системы.