Способ определения интегрального индекса показателя преломления воздуха Советский патент 1991 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к исследованиям физических свойств атмосферы с помощью оптических методов и может быть использовано в метрологии, геофизике, геодезии для редукции дальномерных измерений к свободному пространству.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение способа,

Способ осуществляется следующим образом.

В одном конце исследуемой трассы устанавливают метеорологические датчики для измерения давления Р, температуры Т и влажности е, температурного градиента ут (это может быть электронный датчик, либо ртутные термометры, расположенные на различной высоте и т.п.) Кроме того, в этом же конце трассы устанавливают устройство

для измерения изменений оптического пу- ти 6 L, например электронный дальномер, интерферометр, В этом случае на другом конце трассы устанавливают отражатель. Длину трассы LO определяют приближенно либо по карте, либо измеряют дальномером. Точность определения Ц, может не превышать .

В течение времени At (период измерений) измеряют одновременно 5l(t), N(t)(no метеопараметрам) и yr(t)M раз и таким образом получают три временных ряда указанных параметров. Период Д t выбирается, исходя из общепринятых в теории математической статистики условий, согласно которым должны выполняться критерии надежности определения коэффициента корреляции между исследуемыми функциями времени. Практически, как показывает опыт, в реальной атмосфере этот период достигает значений 0,5 - 2 ч в зависимое -л от скорости изменения параметров. Одновременно осуществляют корреляционную обработку измеряемых функций и находят коэффициенты регрессии KcfiN и между (5L(t) и N(t) и N(t) и ут (t) соответственно. При этом имеется возможность контролировать надежность их определения от пары к паре с тем, чтобы коэффициенты корреляции /сугы и /ON у т были максимально близки к единице. Интегральное значение индекса показателя преломления N находят на средний момент времени по соотношению

-1

N () iV + Nn, Nn N + KN гт(),

(D (2)

где ya - 0,01°/м - адиабатический градиент температуры.

При этом N(t) вычисляют по одной из известных формул, например по формуле Барелла-Сирса.

Физической сущностью способа является сильная корреляционная связь между точечным и интегральным индексами преломления, а также между показателем преломления и его высотным градиентом.

Поскольку показатель преломления п или его индекс функционально связаны с температурой воздуха, то имеет место связь между N и ут. Найдя коэффициент регрессии из корреляционной обработки рядов N(t) и yr(t), входящий в уравнение регрессии

N N + Км,гт(Ут- П)(3)

и, заменив в (3) ут на адиабатический градиент уа, который соответствует изотермии, получим Nn-индекс, приведенный к этим условиям - уравнение (2). При этом

ты

№ - т

средние квадратические

отклонения, р - коэффициент корреляции. Аналогичным образом находят коэффициент регрессии К f LN , причем

ты

поскольку dL n, D - геометрическая длина исследуемой трассы, то, разделив KtfLN на Lo (приближенное значение D) получим К dTLN1, который в силу линейности связи равен Кл мдм. т.е.

т.е. отношению приращений N и N относительно некоторою постоянного слагаемого одинакового для интегрального и точечного индексов преломления. Таким слагаемым является Nn, поскольку именно в условиях изотермии индекс преломления постоянен в каждой точке трассы и равен интегральному. Таким образом

10

N Nn + AN N Nn + AN

(5)

и задала сводится к трем этапам: нахождению AN через К S.NUN и AN ; нахождению

Nn no KN ут и ут и, наконец, вычислению N - Nn + A N. При этом целесообразно вычисление вести на средний момент измерений, что обеспечивает более высокую точность.

При переходе j AN/A N в (4) надо иметь ввиду, что AN -10 .

Пример. Способ испытан на эталонном базисе длиной - 1 км , на котором для сравнения через каждые 50 м расположены метеодатчики и, следовательно, имеется возможность независимого вычисления индекса преломления, принимаемого за интегральный с погрешностью 10 . Одновременно с измерениями по способу велся автоматический опрос метеодатчиков по трассе для определения эталонного индекса преломления N0. Результаты измерений и вычислений сведены в таблицу, откуда следует, что расхождение между эталонным

значением N0 281,4 и найденным 281,27 не превышает 1,, что свидетельствует о его высокой точности.

Формула изобретения

Способ определения интегрального индекса показателя преломления воздуха, включающий измерение давления температуры и влажности на одном конце трассы в течение времени At, вычисление по

результатам измерений индексов показателя преломления N(t), а также индекса Nn, соответствующего условию изотермии, о т- личающийся тем, что, с цепью повышения точности и упрощения способа, дополнительно в те же моменты времени измеряют изменения оптического пути 6 L(t) исследуемой трассы и вертикальный температурный градиент yr(t), а искомый индекс показателя преломления N находят

по соотношению

Изобретение относится к области исследования физических свойств атмосферы, с помощью оптических методов и может быть использовано в метрологии, геофизике, геодезии для редукции дальномерных измерений к свободному пространству. Цель изобретения - повышение точности определения интегрального индекса преломления воздуха и упрощение способа. Измеряют метеопараметры на одном конце трассы за время At, вычисляют индексы показателя преломления N(t) и индексы Nn на условия изотермии. При этом одновременно измеряют изменение оптического пути 5 L(t) исследуемой трассы и вертикальный температурный градиент ), а индекс показателя преломления на средний момент времени находят по соотношению: М - (LN - Nn) КЈш Ц,1 -Nn, где Nn - +KNЛ( Уа - ут ); К s LNKNfc-т - коэффициенты регрессии; уа - 0,01 С/м - адиабатический градиент температуры, L0 - длина трассы. 1 табл.

К JL.N -Ю6 KAUUN .

(4)

где

N (N -Nn). +Nn. Nn N + Кыгт(Уэ- yr).

К J4N, коэффициенты регрессии между д L(t) и N(t) и N(t) и yr(t) соответственно; уа 0,01°/м - адиабатический градиент температуры; LO - длина трассы; N и ут -средние значения измеренных N(t) и y(t).