Способ определения среднеинтегрального градиента индекса показателя преломления воздуха Советский патент 1992 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к области геодезических измерений и может найти применение в определении высот оптическими приборами, использующими прямолинейное направление распрост- ранения% оптического (лазерного) луча в атмосфере, что имеет место в геодезии, гидрографии, навигации, .астрономии , ма ркше и де ри и.

Целью изобретения является повышение точности определения.

На фиг.1 представлены данные экспериментальных измерений в системе

г &

координатных осей lg - и

на фиг.2 - данные измерений в координатах lg А, и lg Z frfley 1 иЈ(™ локальный и средне.г(тегралоНий тёмv M)-m

пературные градиенты; А. СГТмТ-;

„ WУ Z

Z с„ - средняя высота оптического

луча).

Способ осуществляют следующим об- .разом.

Создают из местности эталонные базисы. Для этого устанавливают на расстояниях порядка 5-Ю км ряд пунктов (5-6 достаточно), высоты которых Ь0 находят высокоточным геометрическим нивелированием. Определяют расстояния S; от одного пункта на другие. По каждому направлению определяют среднюю высоту Z оптического луча над подстилающей поверхностью.

Затем измеряют теодолитом вертикальные углы (или зенитные расстояния Z) и находят высоты (превышения) h SctgZ.. Имея серию измерений л,, ПЈ, h,..., полученных по материалам наблюдений из одного пунчтл нл другой, находят значения параг .строо Чо« hQ - h,, h0 - лг, CfOJ h0- h,..., вызваннь1х изменением плотности воздуха с высотой (вертикальным

МвгЛ

О

vj

ел

frrtTlti

жгА

1 жпсЛ,

31.7С

градиентом температуры), что приводит к изменению направления оптического луча (рефракции). Одновременно вблизи теодолита производят измерения температуры Т;, давления Р| и влажности е , воздуха и на основании формулы

«И, 4 0;-т-, in6

г. 0,034г - 55-Н75 Г52$

39,5-Р;-5.г

(1)

получают ряд соответствующих значений среднеинтегрального градиента температуры воздуха у , Jj .....На основании метеоизмерений Т; и е;, полученных аспирационным .пси- хрометром на высоте около 2 м, находят локальные температурные градиенты воздуха , относящиеся к высоте 1 м и характеризующиеся теплофизичес - кие свойства подстилающей поверхности.

После этого производят обработку полученных данных с целью установления вида функциональной зависимости

vi(M

fi г

Н)} ,1 Z Vp Л ля этого составляют ряд чисел из одновременно ИЗМереН- М11 fy(Ml/vi(MM

вД™мн «/.А....:

Ч t бгэ

и строят график функ

и

г;

м

А

. м

у(М1

в г системе координатных осей

. „(м 1§д., откуда получают показатель

епени т, а затем и постоянную

, КГ

(-)

у.(М).

1 «

1 у«

(3)

У

путем подстановки измеренных значе«-ч Г

Аналогичным образом в системе ко- ( ч(ю

ординатных осей 1 i

Y

ищут связь

(Ml

и lg Z,

F

.

A- Cfy

что позволяет определить показатель степени п и постоянную А. Тогда из последнего соотношения окончательно

получают

у;

(-т

А -7 и А г, ср

(5)

А среднеинтегральный градиент

эд

ъг

индекса показателя преломления определяют по Формуле,т

(0,П3«-А)

(6)

ю

15

- 0 .

25

-

30

35

40

где Р и Т измерены в натурных условиях.

При наличии подобия в характере изменения метеопараметров с высотой на натурном и модельном объектах мож но найти иско.мый параметр у (а следовательно, и среднеинтегральный градиент показателя преломления) на натурном объекте с той же точностью, которая была .достигнута при опытных измерениях на модели (эталонном базисе).

Одинаковый тип распределения температуры воздуха с высотой сохраняется в дневное время летом над сушей (неустойчивая термическая стратификация), что свидетельствует о широких возможностях применения способа. В условиях инверсии температуры (ночное время летом, а также над снежным покровом) потребуется новая постановка опытных наблюдений для получения соответствующих значений постоянных.

Экспериментальные измерения, представленные на фиг.1 в системе координатных осей IR - и Igj , произог

водилась по трем направлениям с высотами визирного луча, равными 3,7; ,5; 11,6 м. и горизонтальными расстояниями соответственно 1; 2 и b.k км.

45

50

55

Показатель степени т 0,8 находят как тангенс угла наклона эмпирических графиков к оси абсцисс, после чего согласно (2) находят постоянную А, величина которой оказалась соответственно равной ,5; 6,6, 15,8. С помощью полученных данных строят второй график ( фиг.2) в координатах lgAt и lg Z . На основании последнего имеем п 1 и А 1,35. Теперь согласно (5) получим

V.0.1

V -75 (7

что и позволяет решить поставленную задачу путем подстановки легко измеряемых на натурном объекте параметров К, и ZCp в (6).

В таблице представлены результаты

нием на профиле местности, который строят по карте.

На основе эмпирической номограммы

измерения регулярной составляющей tp0j 5 находят разности ДТ температуры

между уровнями 7° и 2 м, а определение градиента производят по формуле

АТг

полученной в виде разности тригонометрического и высокоточного нивелирования (измерение М. Наблюдения были выполнены теодолитом из одного пункта на шесть других (измерения 2 и 3). Измерения производились в дневное время летом.

I

10

. 20D

1П -оВеличину Zo (коэффициент шероховатос- ти подстилающей поверхности) наводят С помощью графика по аргументам Т; ие;.

Рассчитанные при измерении 5 значения If определены по формуле

30

А1

Способ определения среднеинт ного градиента индекса показате преломления воздуха, включающий мерение на эталонном базисе с з ной высотой среднеинтегральног пературного градиента, температ Т и атмосферного давления Р в т наблюдения и вычисление искомог

(f 39,5 5(0, ,75 ™)-10, диента, отличающийся

ср

полученной после подстановки (7) в (6).

Расчет производили при постоянных значениях метеопараметров Р 1000 мбар; Т 293 К; )f, 0,2 К/м, принимая их характерными для ясной теплой погоды в летнее время днем.

Получена высокая сходимость измеренных и рассчитанных значений Cf несмотря на то, что последние основаны на использовании соотношения (6), исходные данные для получения

которого относятся к другому району, i

Расчет геометрического параметра

ZCP производят по формуле

40

тем, что, с целью повышения точ измерения среднеинтегрального те

35 ратурного градиента проводя по меньшей мере четырех дополни ных эталонных базисах с различно средней высотой 7( над под лающей поверхностью при разных з чениях температуры TJ и влажно е воздуха, вычисляют локальные пературные градиенты )f f относ ся к высоте 1 м, после чего нахо значения эмпирических коэффициен

45 A, m и п из уравнений

«- (,

Уг; z°p)n

50

9N а искомый градиент - вычисляют

Zcf 1к CZ Z + 2(Z + Z +

...+

+ Zt.2) + 4(Z

, + Z j +..,+Z

-i ,

где К - число равных отрезков, на которое делят расстояние между пунктами,

высоты Z, Z2, Z3,-.. находят измереАТг

I

. 20D

1П -о

Величину Zo (коэффициент шероховатос- ти подстилающей поверхности) наводят С помощью графика по аргументам Т; ие;.

Поскольку Ј, в формуле (7) возводится в степень 0,2, то изменения аргумента у, относительно слабо сказываются N на изменении функции v. Важно при этом не ошибиться в знаке у,..- -

Формула изобретения

Способ определения среднеинтеграль- ного градиента индекса показателя преломления воздуха, включающий измерение на эталонном базисе с заданной высотой среднеинтегрального температурного градиента, температуры Т и атмосферного давления Р в точке наблюдения и вычисление искомого градиента, отличающийся

диента, отличающийся

тем, что, с целью повышения точности, измерения среднеинтегрального температурного градиента проводят на по меньшей мере четырех дополнительных эталонных базисах с различной средней высотой 7( над подстилающей поверхностью при разных значениях температуры TJ и влажности е воздуха, вычисляют локальные температурные градиенты )f f относящиеся к высоте 1 м, после чего находят значения эмпирических коэффициентов

A, m и п из уравнений

«- (,

Уг; z°p)n

9N а искомый градиент - вычисляют по

формуле

|| 79 |г(0,0342 - А -)

где параметры Р, Т, jj1, , Zc измеряют в натурных условиях.