Способ определения масштабов оптических неоднородностей в прозрачных средах Советский патент 1993 года по МПК G01N21/41 

Изобретение относится к области атмосферной опткки и мржет бьп-ьиспользо аио в, частности для определения внутреннего масштаба турбулентности, величина которого характеризует спектр флуктуации показателя преломления атмосферы и определяет структуру турбулентности. Наличие неоднородностёй среды приводит к флуктуации амплитуды, фазы, частоты, направления распространения и других параметров оптической волны, :;1;

Известен способ оценки размеров (масштабов) оптических неоднородностёй в прозрачных средах, основанный на зависимости дисперсии флуктуации логарифма интенсивности от величины размера мелкомасштабных неоднородностёй.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является способ определения масштабов оптических неоднородностёй в прозрачных средах :путем измерения отношения дисперсий параметра когерентной оптической волны, изменяющегося при взаимодействии волны с Неоднородностью в точках, разнесенных в пространстве. . Этот способ обладает максимальной чувствительностью, когда фотоприем|ники расположены на расстояниях ь,и L от источника, удовлетворяющих условиям

;. : дрАТ.

I f J где л|о(,Ь, и .- радиусы первых

Зой Френеля .на расстояниях L и

- длина волны источника;протяженность трасс; внутренний масштаб турбулентности. Ограниченность известного способа связана с необходимостью производить измерения малых величин дисперсии.логарифма амплитуды и пpeдпoлaгatь однородность структурной характеристики на трассах различной длины. Указанные выше ограничения вызваны знймительными ошибками устройств лога,рифмирования сигналов в большом ди-. намическом диапазоне и квадрирования малых уровней сигналов, а также изменчивостью структурной характерис.тики на трассах различной длины. Отмеченные источники ошибок приводят к существенным отклонениям оценок величины масштабов неоднородности.от их реальных значений в..атмосфере. Необходимость контроля наличия равёнс;тва С2 (структурной характеристики пока зателя преломления) на двух TJjaccax увеличивает объем аппаратуры для измерения С2. -:., - .: . : j Целью.изобретения является повышение эффективности оценки величины масштабов нёоднородностёй в п|эозрач-, ных средах. ,-:,.-- ,. . -.л,-: .:-.,;. Поставленная цель достигается тем , что измеряют на одной и той же трассе отношение дисперсий флуктуации разности фаз одновременно между дву- мя парами когерентных оптических пучков, разнесенных на различные расстояния в плоскости , перпёндйкулярной направлениюраспрострайенйя. Известно, что изменения фазы рпти ческой волны более чувствительны к . неоднородностям показателя, преломления по сравнению с амплитудой. Это позволяет получить значительную вели чину дисперсии разности фаз между близкорасположенными пучками при наличии мелкомасштабных неоднородностей. В этой связи нет необходимости измерять малые величины дисперсии случайного сигнала, что повышает чув ствительность и достоверность предлагаемого способа оценки величины внутреннего масштаба турбулентности. Поскольку измерения дисперсии разнос ти фаз производятся на одном расстоя НИИ от источника нет необходимости в контроле величины С. но га ра ге гд но дл ра 30 ви дл гр :По зн л ра из ва ля ет ни ре ис Расчет дисперсиифлуктуации разсти фаз в центрах параллельных уссовых пучков дает следующее выжение, справедливое в приближении, ометрической оптики: ) 2,91 K2C2L (х2р ,,5/б , , е ) дисперсия разности фаз в 2 точках; - волновое число . структурная характеристи. ка показателя преломления; . L - длина трассы; X - текущее значение координаты вдоль трассы; р - расстояние между центрами пучков; 1 - внутренний, масштаб спектра показателя преломления.; ; ::.., Отношение структурныхфункций разстей фаз А .f; 7n4 измеренных ... 5 I я разносов пучков р, «, :p2s ВЬ1х ается «ерез внутренний масштаб в де .........П-Г 1«.Ргр ; ;; ;:При пр(: йзвольн1з1Х разн6сах пучкЬв я определения 1 строится номоамма по формуле: Ds(Pz) ,. ,- ,.,;-,.;, ;.t f., , Г .5/6 (1 + ) +.4(1 + --) 5 (j.. а)5/б + 4(1 +-ai-)«-5 одной оси отложено вычисленное ачение U , а по другой .- значение ---- ПЛ; ДЛЯ разгличных значении пар, . . . ,. -г-. Из номограмм по метров b вестной величине U при фиксиронном значении параметра b опредеется значение.а - и определяся масштаб неоднородности 1. Номограмма пригодна для определея IQ при любых разносах пучков. . На чертеже изображено устройство, ализующее данный способ. Исходное излучение когерентного точника 1 расщепляется на два пучка, которые распространяются в турбулентной атмосфере и проходят через неоднородность 2 и поступают на оптические фазометры 3 и , Фазометры построены таким образом, что позволяют получить одновременно две интерференционные, двухлучевые картины в одной плоскости. Сигналы с выходов фазометров, пропорциональные разности фаз между пучками, разнесенными в пространстве на расстоянии р, и pg , поступают на квадраторы 5 и 6, Сигналы с выходов квадраторов, равные дисперсии Dg( р,) и DgCp), поступают на устройство деления 7. С выхода устройства деления снимается сигнал, равный отношению дисперсий флуктуации разности фаз.

По отношению дисперсий и при изР2

вестном параметре Ь , по номо. .г

692358

грамме определяется величина внутреннего масштаба турбулентности „, характеризующая величину мелкомасштабg ной оптической неоднородности.

Использование данного способа определения масштабов оптических неоднородностей в прозрачных средах обеспечивает по сравнению с существующи1Q ми более, точную оценку размеров мел-, комасштабных неоднородностей, в результате взаимодействия которых с, волной возникают флуктуации амплитуды, фазы, частоты, направления распространения и других параметров волны. Эти эффекты имеют существенное значение в целом ряде прикладных вопросов, связанных с распространением радиоволн, света и звука в атмосфере

0 (точность работы навигационных систем, световых локаторов, атмосферные шумы в линиях связи и т.п.).

ffjrfxaff