Способ и устройство лазерного зондирования атмосферы Советский патент 1992 года по МПК G01W1/00 

ность зондирования. Никакие другие сигналы, кроме одиночного импульса, не подходят для обратного зондирования, почему этот способ зондирования называется моноимпульсным. Для формирования одиночного импульса приходится использовать твердотельный лазер в режиме модуляции добротности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является моноим пульсный способ обратного зондирования и лидарная система для его осуществления, по которому в атмосферу посылают мощный одиночный зондирующий импульс, который формируют рубиновым лазером с модулированной добротностью. В качестве модулятора добротности используют ячейку Поккельса. Принятые эхо-сигналы атмосферы, подают на регистрирующее устройство. Однако включение модулирующей ячейки Поккельса усложняет конструкцию лазерного передатчика и снижает его КПД. Цель изобретения - повышение надежности и коэффициента полезного действия излучателя сигналов. Для этого по предлагаемому способу в атмосферу посылают серию импульсов, излучаемых в режиме свободной генерации твердотельным лазером, а принятые эхо-сигналы, перемноженные на задержанный опорный сигнал, интегрируют и по результату судят о параметрах атмосферы. При этом реализующее способ устройство снабжено коррелятором, подключенным одним входом к фотодетектору приёмной части, а другим-через блок регулируемой задержки к блоку формирования опорного сигнала, при этом выход коррелятора связан с регистрирующим устройством., Таким образом исключается модулирующая ячейка. На фиг. 1 приведена структурная схема устройства, реализующего предлагаемый способ: на фиг. 2 - структурная схема устройства для измерения функции взаимной корреляции. Оно содержит лазер 1, оптическую передающую систему 2, фотодетектор 3, блок 4 регулируемой задержки, оптическую приемную систему 5, фотодетектор б приемной части, перемножитель 7, интегратор 8, регистрирующее устройство 9. В режиме свободной генерации твердотельный лазер излучает серию отдельных оптических импульсов, которая имеет характер случайной последовательности. Общая длительность серии порядка 1 мс, число импульсов в серии порядка нескольких сотен. Расстояние между импульсами внутри серии изменяется случайным образом и может составлять от О до 10 мкс. Ширина отдельных импульсов порядка 30-50 не. Использовать показанную на фиг. 2 серию импульсов для зондирования атмосферы при обычном способе приема сигналов невозможно, так как на вход приемника будут одновременно поступать эхо-сигналы от всех импульсов, находящихся на различных расстояниях от лидера, т.е. лидар потеряет разрещающую способность. Однако при корреляционном приеме эхо-сигналов и при условии, что функции автокорреляции (ФАК) зондирующей серии импульсов близки к (5-функции, зондирование указанной серии дает тот же результат, что и зондирование одиночным импульсом. При зондировании атмосферы узким одиночным импульсом по существу производится измерение импульсной характеристики атмосферы h(t). Однако импульсную характеристику линейной системы можно определить по функции взаимной корреляции (ФВК) Вху(7) между сигналом на входе системы x(t) и. на выходе y(t), которая равна Вху(г) / x(t-r)y(t)dt, г где т- задержка входного сигнала относительно выходного. Измерение ФВК в соответствии с приведенной формулой производится с помощью коррелятора, состоящего из перемножителя и интегратора (см. фиг. 2). Выходной сигнал лазера в режиме свободной генерации достаточно хорошо удовлетворяет требованию соответствия ФАК (5-функции и может быть использован для зондирования атмосферы предлагаемым способом. Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Лазер 1, работающий в импульсном режиме свободной генерации, через оптическую передающую систему 2 излучает в атмосферу зондирующие импульсы. С помощью фотодетектора получается электрический опорный сигнал, для чего на вход фотодетектора необходимо подать часть энергии оптических выходных импульсов лазера. Этого можно добиться либо помещая на выходе лазера делительное зеркало, либо просто располагая фотодетектор вблизи от выхода лазера и используя рассеянную воздухом часть излучения. Эхо-сигналы атмосферы через оптическую приемную систему 5 поступают на фотодетектор 6, где преобразуются в электрические сигналы, подаваемые на один из входов коррелятора, содержащего перемножитель 7 и интегратор 8. На второй вход коррелятора подается опорный сигнал, задержанный в блоке 4 регулируемой задержки на время г. Выходной сигнал коррелятора поступает на регистрирующее устройство 9. показания которого пропорциональны величине отраженного сигнала с

дальности I, Требуемая дальность 1 устанавливается изменением времени задержки г в соответствии с формулой

-

где с - скорость света.

Дальнейшая обработка полученных результатов производится, как и в известном способе моноимпульсного зондирования.

Фил i

1.Способ лазерного зондирования атмосферы путем посылки в атмосферу оптических сигналов с задержкой опорных сигналов на время, соответствующей заданной дальности зондирования, и приема отраженных эхо сигналов,отличающийсяИзобретение относится к метеорологи- ескому приборостроению и может быть ис- |.ользовано для дистанционного измерения параметров атмосферы.Известны способы и устройства лазерного зондирования атмосферы (способы обратного зондирования), по которым передатчик и приемник размещают на одной платформе, так что база (расстояние между осями передающей и приемной антенн) мала по сравнению с глубиной зондирования. При этом обычно осуществляют задержку формирующего опорного сигналатем, что, с целью повышения надежности и коэффициента полезного действия излучателя сигналов, в атмосферу посылают серию импульсов, излучаемых в режиме свободной генерации твердотельным лазером, а принятые эхо-сигналы, перемноженные на задержанный опорный сигнал, интегрируют и по результату судят о параметрах аттуюдфе- ры.2. Устройство для осуществления способа лазерного зондирования по п. 1, содержащее источник излучения в виде твердотельного лазера и приемную часть с фотодетектором, блоком формирования опорного сигнала, блоком регулируемой задержки и регистрирующим устройством, о т- .личающееся тем, что оно снабжено коррелятором, подключенным одним входом к фотодетектору, а другим - через блок регулируемой задержки к блоку формирования опорного сигнала, при этом выход коррелятора связан с регистрирующим устройством.•на время, соответствующее заданно^й дальности зондирования.Устройства, реализующие этот способ, содержат источник лазерного излучения и приемную часть с фотодетектором, блок формирования опорного сигнала, устройство регулируемой задержки и индикатор.Способ обратного зондирования характеризуется необходимостью зондировать атмосферу очень коротким и очень мощным одиночным импульсом, поскольку длительность импульса определяет разрешающую способность, а мощность импульса - даль-сл ю4i^ 00ю