Способ определения угла рефракции по флуктуациям угла прихода светового пучка и устройство для его осуществления Советский патент 1989 года по МПК G01J1/44 G01W1/00 

1

Изобретение относится к измерительным устройствам и может быть использовано для определения угла рефракции при визировании на объекты в устройствах оптической связи, приема и передачи информации, устройствах лазерной локации, пассивных оптических системах и т. п.

Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения за счет проведения измерений в высокочастотной области флуктуации угла прихода светового пучка.

На фиг. 1 приведена блок-схема устройства, реализующего предложенный способ; на фиг. 2 - зависимость флуктуации угла прихода от частоты.

Электромагнитное излучение, например, от источника оптического излучения или отраженное от объекта наблюдения принимают с помощью оптической системы.

После приема излучения преобразуют флуктуации угла прихода излучения в электрический сигнал известными методами, например с помощью фотоэлектрических датчиков, и фильтруют электрический сигнал на частотах coi и io (фиг. 2), выбираемых в области инерционного интервала частот от о)„ш, до сопки - (1, фиг. 2), где .n - частота, соответствующая диссипации энергии И аПжчшЖб.З 10

Выбор частот ом и ш: в области инерционного диапазона позволяет сократить время

о о

4О

измерения, а также учесть изменение частотного спектра, которое зависит от времени. После фильтрации на двух частотах coi и измеряют амплитудные значения флуктуации Wa(a) и Wa() (фиг. 2) в полосе частот Дсо. Такая операция позволяет по известному закону Wa (со) распределения флуктуации угла прихода светового пучка и по измеренным значениям флуктуации Wa (coi) и Wa (со2) угла прихода в области инерционСд-структурная характеристика атмосферы;L - дальность до объекта или источника

излучения;

L0 - внешний масштаб турбулентности, позволяет сократить время измерения примерно на два порядка и повысить точность измерения угла рефракции за счет учета статистики распределения углов прихода.

.. .. „ ч„ ,г. .„ .... ... ., ,По полученным данным значений флукного диапазона частот (2, фиг. 2) определитьЮ туаций угла прихода на частотах coi и cog

значение флуктуации угла прихода на низ-определяют поперечную скорость V, по знаких частотах, т. е. в области о со/па (3,чению которой определяют значение частоты

фиг. 2), и определить тем самым угол реф-com(U (фиг. 2) по выражению, получаемому

ракции.из (1) при разложении его в ряд при D

Использование закона распределения и дифференцировании по со, т. е.

флуктуации угла прихода Wa (со), например,..

для случая плоской волны -1 Qt;Q-

Уа/3СШг.со Д

Щсо)0,0652D2

1 -cos

YJX

comax l,853f4 LQ

Далее по полученному значению comax определяют тип стратификации атмосферы

X

/2лл« л (0/

1+(Ж)24/3

где со - круговая частота; D - диаметр апертуры; V - поперечная по трассе скорость ветра, м/с;

Сд-структурная характеристика атмосферы;L - дальность до объекта или источника

излучения;

L0 - внешний масштаб турбулентности, позволяет сократить время измерения примерно на два порядка и повысить точность измерения угла рефракции за счет учета статистики распределения углов прихода.

По полученным данным значений флук..

-1 Qt;Q-

comax l,853f4 LQ

Далее по полученному значению comax определяют тип стратификации атмосферы

и принимают устойчивый тип стратификации, например, при и неустойчивый при сошах соо, где .

Измеряют давление, температуру воздуха в точке наблюдения известными методами. Измеряют также дальность до объекта, например оптическим методом, и вычисляют угол рефракции по формуле

Изобретение относится к измерительным устройствам и позволяет измерить угол вертикальной рефракции. Цель изобретения - повышение точности и сокращение времени измерения. Способ заключается в определении флуктуаций угла прихода отраженного от объекта наблюдения светового пучка, преобразовании его колебаний в электрические сигналы, фильтрации сигналов на двух частотах, выбираемых в инерционном интервале, измерении флуктуации на этих частотах, определении частоты, соответствующей максимуму флуктуаций, определении давления, температуры воздуха, дальности до объекта, типа стратификации атмосферы, средней высоты светового пучка над поверхностью и определении угла рефракции по приведенной формуле. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

-7

, 0,605T DW OJ)WVi/H T-Y)2j

,1910 + -J(0,0652)/z (2r)

ъ. р.

где 1/ - поперечная по трассе скорость ветра, определяемая из уравнения

з.ц (b-1 M +6Ьа,а)72 2-+4Ьа 3+6а V Vаг7ь::ТУ +2Ьа ;ьа Ж

W,,co, /co,s/3 л

где ; - ; бсо со2-со,; а2 Wa(co2) to2/

-0,4967; а, 0,03705.

Устройство (фиг. 1) для осуществления способа содержит оптическую систему 1, которая состоит из последовательно установленных линзы 2 и светофильтра 3, датчик 2 флуктуации углового положения светового пучка, который установлен в фокусе линзы 2, блок 5 перестраиваемых фильтров, блок 6 задания исходных данных, блок 7 sgnA, вычислитель 8, индикатор 9. В качестве датчика 4 флуктуации углового положения светового пучка может быть использован например, фотоэлектрический позиционно- чувствительный датчик или на основе матричных элементов. Блок 5 перестраиваемых фильтров состоит из перестраиваемых фильтров, настраиваемых на частоты, соответствующие интервалу инерционного диапазона

2/3

WVi/H T-Y)2j

ъ. р. j e

(i)

(3)

частот (область частот 6,3-10 2-6,3 X ХЮ3 с-1).

Блок 6 задания исходных данных может быть выполнен в виде пульта управления, на котором оператор устанавливает предварительно полученные данные о температуре, давлении воздуха, дальности до объекта, значение опорной частоты соо. В качестве блока 6 может быть использована также входная шина вычислителя или магазин сопротивлений с источником питания.

В качестве вычислителя 8 используется любой вычислитель, реализующий алгоритм вычисления по выражениям (2) и (3).

Предложенный способ определения угла рефракции реализуется следующим образом.

Световой пучок (фиг. 1) от источника излучения или отраженный от объекта наблюдения принимается с помощью оптической системы 1, в фокусе которой установлен

датчик 4 флуктуации угла прихода светового пучка. Измерение угла прихода светового пучка производится путем преобразования оптического сигнала в электрические сигналы, которые после фильтрации в блоке 5 перестраиваемых фильтров подаются на второй и третий входы вычислителя 8.

Частоты о)| и (02 выбирают возможно ближе к частоте (со) диссипации для уменьшения времени измерения. Определение типа стратификации атмосферы производится путем сравнения штах, получаемой в вычислителе 8, с опорной частотой шо, значение которой может быть задано в зависимости от типа измерительной трассы или исследуемой среды. Получаемый на выходе блока sgnA знак разности значений частот соо и поступает на вход вычислителя, который выдает на индикатор 9 значение угла рефракции.

ЛР L -0,19-1

0,605

652)

где Wa(co) - флуктуации угла прихода на частоте ш;

ш - круговая частота;

р - значение радиана в секундах;

Т -температура воздуха;

Р -давление воздуха;

V - поперечная скорость ветра;

D -диаметр приемной апертуры;

L - дальность до объекта;

h - средняя высота светового пучка над поверхностью;

LO - внешний масштаб турбулентности;

Кд - постоянный коэффициент.

Фиг.1

0

Формула изобретения

флуктуации углового положения светового пучка, а также вычислитель, индикатор, блок задания исходных данных, соединенный первым выходом с первым входом вычислителя, первый выход которого соединен с входом индикатора, отличающееся тем, что, с целью повышения точности и сокращения времени измерения, в него введены блок определения знака и блок перестраиваемых фильтров, первый и второй входы которого соединены соответственно с выходом датчика флуктуации углового положения светового пучка и с вторым выходом блока задания исходных данных, а выход - с вторым входом вычислителя, первый и второй входы блока определения знака соединены соответственно с третьим выходом блока задания исходных 0 данных и с вторым выходом вычислителя, а выход - с третьим входом вычислителя.

5

«VI

I