Оптическая система для зондирования атмосферы Советский патент 1993 года по МПК G01W1/00 

помещены светофильтры и Лоторетекторс.

В процессе зонлирЬвания посылаемое передатчиком излучение рассеивается в среле на различных расстояниях от лил.ара „ Приходящ ее на приемный объектив рассеянное излучение создает изображение рассеивающего объемао В зависимости от дальности до зондируемого объема его изображение оказывается смещенным §Нбль оптической оси объектива за фокальную плоскость, в которой установлена полевая диафрагма. На различную величинуо Не Совпадение положения изображения с плоскостью установки полевой диафрагмы приводит к тому, что на диафрагме изображение oRaactBaeTся деЛокусированным и за счет этого имеет больший размер. Причем, чем ближе находится от лидара рассеивающий объем, тем значительнее дефокусировка увеличивает размеры пятна освещения диафрагмы приходящим На объектив рассеянным потоком.

Поскольку обычно обрабатывают те сигналы с фотодетект60а, которые вызваны невиньетируемыми потоками,то для зондирования областей,лизко расположенных к лидару7 увеличивают диаметр полевой диафрагмы По мере удаления зондируемого объема размер его изс бражения и смещения от фокальной плоскости уменьшается и полезный Йрб о7и 1гд11ько через часть плов1а|пи полевой диафрагмы Если зондирование n oBOflttf в присутствии внешних источников излучений, то увеличение размеров диафрагмы и, следовательно, угла Поля зрения приемного объектива беДет к возрастанию потока помехи на фотодетекторе.,

Возрастание помехи уменьшает отношение сигнал/шум, что приводит к огранимению дальности зЬндирования, поскольку ёелиуина сигнала . остается неизменной (не зависит от диаметра диафрагмы).

Известна (& оптическая система для зондирования, содержащая импульсный лазерный передатчик направленного излу 4ения и расположенный на близком расстоянии от негр приемный линзовый объектив, в фокальной плockocfй Kbf6pSr6 Центрировано относительно оптической оси установлена полевая диафрагма с расположенными за ней светофильтрами и фотодетектором (фотоэлектронным умножителем) с Передатчик . излучения и приемный объектив устанавливались так, что их оптические оси могли либо пересекаться, либо не пересекаться в зондируемой среде

Однако этому устройству также свойственны указанные выше недостатки,, .;:

Целью изобретения является повышение отношения сигнал/шум о

Для этой цели в приемном устройстве полевая диафрагма устанавливается за фокальной плоскостью объектива на расстоянии, равном

ft Г , Р (Lg+tj ) - (2B-D о; (Ъд- о) I

- . I b,,i;,Lo-Dn f(.o f 2B-5 Ta7-L J :

а диаметр диафрагмы при этом выбран равным::. ;:

7S f Г 12В 1 и1а1-1:о)-«-Ь,5аи-Ьа)+2 9 t , L, 1

« (2B-Do) (ь , - 5;fа ,+L;5+25;L7E j

I-.,

где f - окусное расстояние приемного

объектива; В„ - диаметр приемного объектИBas

В paccToj Hne между оптическими осяМи приемного объектива и источника излучения в мест и) устанобкй; : 7|йаметр луча На выходе исП. точника;

0 угол расходимости излучения источника; Ь,. начальная дальность зондирования; .-;,

L,-максима 1ьная дальность зон: ; -пирования, ;,.,:.; с--/- , .

Смещение полевой дИафрагмы за фокальную поверхность объектива, ближе к плоскости положения изображения 1рассейвающе1Го объема,находящегося На начальной дальности зондирования, сопровождается уменьшением дефокусировки о В то же время для рассеивающих объемов, находящихся на максимальной дальности Зондирования, дефокусировка увеличивается Однако общая величина дефокусировок такова, что она позволяет уменьшить диаметр поЛевой диафрагмыо

Уменьшение диаметра полевой диафра1гмы приводит к снижению уровня помехи и увеличению отношения сигнал/шумо Это позволяет увеличить дальность зондирования в присутствии внешних фонов с одновременным сохранением начальной дальности зондированияс, ; .: На чертеже изображена схема оптической системы для зондирования разнесенного типа Оптическая система включает источник направленного излучения 1, расположенный рядом приемный .объектив 2, Изображенный в виде линзы с полевой диафрагмой 3, светофильтрами k и фотодетектором 5о Оптические оси передатчика излучения 00 и приемного объектива 0| О, располржены в одной плоскости и могут быть параллельными, или образовывать межд собой некоторый угол Ц) „ Полевая диафрагма 3 установлена за фокальной плоскостью объектива F на расстояний от нее Причем ее центр от Ьп тической оси передатчика излучения и приемного объектива о Система для зондирования разнесенного типа (в 5 0) работает еледукА|Им образом с . При посылке излучения в зондируемую зону происходит его рассеяние по трассе на веществе средЫо Поступающий на приемный объект рассеянный поток создает изображение сопряженного рассеивающего объемао Если этот рассеивающий объем находится от ли-, дара на расстоянии, равном начальной дальности зондирования, то изображение его сформировано за фокальной плоскостью объектива и за плоскостью устанреки полевой диафрагмь К плос«:рсти диафрагмы изображение расположено ближе и поэтому дёфойусировка Меньше увеличивает ту пло- ; щадь, через которую s диафрагме ftpoходит формирующий изображение лотбкь Окружность, ограничивающая область прохождений Потока через прлевую .диафрагму, заполняет часть диафрагмй и касается одного ее края о Потоки поступающие на объектив из рассеиваю щих о ъемов, расположенных на рассто яниях ближе, чем начало зондирова ния Т., будут виньетироваться полевой диафрагмой С увеличением рас- .. стояний изображение рассеивающего объема приближается к фокальной поверхности и для какого-то расстояния совпадает с .плоскостью установки ди.афрагмыо Дальнейшее увеличение рас стояний до рассеивающего объема приведет, к тому что изображение окажется сформированным до плоскости диафрагмы и на последнюю будет приходить расходящийся пучок лучей. Однако все они без ограничения пройдут за неё, поскольку вписываются в размеры диафрагмы Поток рассеянного излучения, поступающий с предельной дальности зондирования L, также дефокусирован в плоскости полевой диафрагмы, но окрУжносТь, его ограничивающая, вписывается в нее и касается противоположного, чем ранее, края диафрагмы Если бы прием потоков велся с eiiie больших расстояний, чем L|, то имело бы место виньетирование ;: Та1Ким образом. Потоки, создающие Полезный сигнал фотодеТектора, проходят через Tiojiiei&yK) /гиаФрагму без виньетИроёйНия во йсеМ диапазоне зондиРУеМых дальностей, а за счет уменьшения ее размеров снижен уровень фоновой помехио Работу оптической системы для зондиррванИя совмещённого типа можно пояснить На следующем примере (), j Поскольку оптические оси источника направленного излучения И приемного объектива совмещена, то рассеивающий объем и его изображение независимо от даАьносТи остаются центрированными относительно оси объектива Величины смещений изображений, от фокальной поверхности сопряженНых рассеивающих объемов, находящихся на различных дальностях, равны смещениям и системе разнесённого типа, если в системах используют объективы с одинаковыми фокусными расстояниямйо - : ; : , ,. . . ПОЭТОМУ потрк от рассеивающего объема, находящегося на начальной дальности зондирования, в плоскости полевой диафрагмы из-за дефокусировки расширен и заполняет всю плрЩадь диафрагмы. По мере удаления рассеивающего объема плоскость Изображения приближается к плоскости установки диафрагмы и ПРТРК заполняет только её центральную часть Л/1я расс;ёивающего объема, находящегося на максимальной дальности зондирования, его изображение формируется до плоскости устайоеки диафрагмы и на последнюю вновь поступает расходящийся п6тШ7 М11 й1НяяГУ диафрагмы. ТакИн обрагюм, в ontHMecr кой cHcTewe ёовмеиеннбгр tnnia с: поЛб вой диафрагмс й, установленной за фо g KeJfbHQ WitocKoctb, и с уменьШённы- f ми размерами в сравнении с теми, когда лиафрагиа установле на в фокальнЪй плоскости, ведется невиньетируемый прием потоков во всем диапазоне збндйруёмых дальностейо

..я.