Способ определения показателя рассеяния света водной среды Советский патент 1989 года по МПК G01N21/47 

Изобретение относится к гидрологии и может быть использовано для дистанционного определения стратифи- кации природных водных сред по свето- рассеивающим свойствам.

Цель изобретения - повышение информативности способа за счет опреде- ления вертикального распределения поЬ казателя рассеяния света водной средой по временной зависимости характеристик сигнала обратного рас-, сеяния (СОР).

Сущность способа заключается в следующем.

Природные водные среды (океанская вода, воды водоемов суши) относятся к поглощающим средам с сильной анизотропией рассеяния света. Для таких сред в работе предложен метод расче- - та поляризационных характеристик

3151

СОР при зондировании среды узким импульсным пучком света. В случае приемника с угловой апертурой, намного превосходящей начальную расходршость пучка, временная зависимость мощности компонентов параметров Стокса сигналов обратного рассеяния определяет ся выражением

F rf-1 (ct/2) D;; (ct/2,7)c

F; t; 2 u(et)

fc X expAc j €;(--) dt).

(1)

1648

Для степени линейной P- поляризации из (1) получаем:

-. f

- К,) J (j() at

оJ

Q Из (4) получаем:

1

dt

(4)

InP.. (5)

Изобретение относится к способам дистанционного определения стратификации природных водных сред по светорассеивающим свойствам. Цель - повышение информативности способа. Согласно способу водная среда облучается по нормали к поверхности узким лазерным импульсным пучком света, поляризованным в плоскости или по кругу. С помощью приемника с угловой апертурой, намного превышающей начальную расходимость пучка и направленного соосно источнику регистрируется временная зависимость линейной Р₂ поляризации сигнала обратного рассеяния. Вертикальное распределение показателя рассеяния света σ(Z) определяется из соотношения σ(Z-CT/₂)=-A_ID/DT LNPI(T), (I=2,4), где Z- глубина, T - время, C - скорость света в воде, A_I - постоянная величина, зависящая от типа рассеивающих сред и имеющая размерность обратную размерности скорости. Указанное соотношение является следствием решения векторного уравнения переноса излучения в приближении, учитывающем многократное рассеяние вперед в малоугловом приближении и однократное рассеяние назад.

где t - G(fi) время.

Zс вертикальное распределение показателя рассеяния, плоьчадь входного зрачка приемника;

скорость распространения света в среде;

D jjCZy)- диагональные элементы матрицы рассеяния (i 1, 2, 3, 4), зависящие от глубины Z и угла К рассеяния. Диагональные элементы представлены в в{1де, аналогичном виду представления индикатрисы рассеяния в малоугловом приближении скалярной теории переноса излучения:

D.; (Z,y ) oi;(Z, ) (1 -|5; (Z) X D,, (Z, р + (i(Z), (2)

где (x;, ,,,4/ 1, PI « Ь a D,j (Z, У ) нормированная индикатриса рассеяния, описывающая остронаправленную часть диагональных элементов матрицы рассеяния, такая, что D,, (f) - О при УО, У, - некоторый фиксированный угол, удовлетворяющий условию )CJ« i /2. Введенные здесь параметры (J) представляют собой отношение ,D,,(J ) (i 2, 3, 4) к индикатрисе рассеяния D (у) .

Будем полагать, что угловая зависимость матрицы рассеяния не меняется по глубине зондирования. Для такого предположения достаточно того, чтобы от глубины не зависили по- 1сазатель преломления и функция рас- 1пределения частиц взвеси по размерам Тогда имеем

QC .Cz) %(z) + KiCTCz), (3)

где К, - const.

1

Величина A; кТ ГуТявляется

I , 1

постоянной, поэтому соотношение (5) дает возможность определить относи- тельное распределение по глубине Z ct/2 показателя рассеяния света. При известном отношении d; (V) соотношение (5) дает возможность оценить дополнительно и абсолютное значение

((Z).

I

Способ осуществляется следующим образом.

Лазер с узкойодиаграммой направленности излучает короткий импульс света с линейной поляризацией. Сигнал обратного рассеяния регистрируется приемником, находящимся на небольшом расстоянии от лазера. Оси лазера

и приемника ориентированы вниз по вертикали. Перед приемником расположен анализатор. Угловая апертура приемника должна быть достаточно большой по сравнению с начальной расхо-димостью пучка. В случае линейно поляризованного в некоторой плоскости зондируюш;его сигнала измеряются зависимости FI, (t) и Fj(t) соответственно при ориентации анализатора параллельно и перпендикулярно той же плоскости. Степень поляризации Р СОР в этом случае вычисляют по формуле

,. P,(t) - FnCt) - F(t) 50 ; F,,(t) +

(6)

Относительное распределение вертикального профиля показателя рассея- 55 ния б (Z) определяют по формуле

G(Z -|) ,,(t), (7)

515116486

Формула изобретения поляризации сигнала обратного рассеяния P;(t) с помощью фотоприемника с

Способ определения показателя угловой апертурой гдеи о рассеяния света водной среды, заклю- . угол расходимости зондирующего пуч- чающийся в том, что зондируют водную ка, и определяют вертикальное распре- среду импульсным линейно поляризо- деление показателя рассеяния света

ванным-лазерным пучком света, регист- , -,ct.

О(-) из соотношения рируют сигнал обратного рассеяния, 2

отличающийся тем, что, с -д

целью повышения информативности спо-f- (. - dp. р / л соба за счет определения вертикально-2 го распределения показателя рассеяния , выделяют параллельно и перпенди-где t - время j

кулярно поляризованные компоненты - константа, зависящая от

сигнала обратного рассеяния, регист-типа рассеивающих сред;

рируют временную зависимость степенис - скорость света.