Оптическое устройство зондирования атмосферы Советский патент 1980 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к гидрометеорологическому приборостроению и представляет собой оптическое устройство зондирования атмосферы. Указанное устройство может использоваться для измерения коэффициента ослабления атмосферы вдоль трассы зондирования и для измерения высоты нижней границы облаков.

Известны оптические устройства зондирования атмосферы, основанные на локационном методе измерения и обработке сигнала обратного рассеяния .

Основным недостатком устройств, измеряющих профиль распределения коэффициента ослабления по трассе зондирования и высоту нижней границы облаков, является то, что в них не учитывается изменение индикатриссы рассеяния при зондировании неоднородно замутненной атмосферы. Это ириводнт к иоявлеиию существенных методических ошибок измерения профиля коэффициента ослабления атмосферы и высоты нижней границы облаков даже при введении приблизительных аналитических зависимостей коэффициента обратного рассеяния от коэффициента ослабления.

Наиболее близким к изобретению является измеритель высоты нижней границы облаков 2, который содержит блок управления, соединенный с излучателем и с де2

тектором сигнала, фотоприемник, включенный на вход детектора сигнала и электронный счетчик, подключенный к пороговому устройству, которое в свою очередь подключено к выходу усилителя видеосигнала. Усилитель видеосигнала соединен своим входом с выходом детектора сигнала. Перед фотоприемником установлено устройство компенсации квадрата расстояния. В

10 этом приборе огибающая эхо-сигнала с достаточной степенью точности отражает изменение коэффициента обратного рассеяния вдоль трассы зондирования в пределах оптической дальности, где выполняется

15 приближение однократного рассеяния. Однако для практических нужд, в том числе и для измерения высоты нижней границы облаков, требуется намерять вдоль трассы зондирования не коэф20 фициеит обратного рассеяния, а восстанавливать коэффициент ослабления.

При зоидировании атмосферы коротким оптпческим имиульсом огибающая эхо-сигнала P(Z) оннсывается уравнением, которое сложно зависит от коэффициента ослаблення, что не позволяет достаточно точно его измерять.

Цель изобретения - повыщение точности измерения профиля коэффициента ослабле30 ния вдоль трассы зондирования. Поставленная цель достигается тем, что оптическое устройство зондирования атмосферы, содержащее блок унравления, излучатель, фотоприемник, устройство компеисации, детектор сигнала, электронный счетчик, снабжено иодключенным входом к блоку унравления, а одним из выходов - к входу детектора блоком обзора но дальности, последовательно соединенными стробируемым усилителем, входы которого связаны с фотоприемником и блоком обзора по дальности, никовым детектором, также связанным по входу с блоком обзора по дальности, заноминающим блоком и решающим устройством, к входу которого нодключен выход электронного счетчика. На чертеже изображена блок-схема оптнческого устройства зондирования атмосферы. Устройство содержит блок 1 управления, излучатель 2, детектор 3 сигнала, электронный счетчик 4, блок Ь обзора по дальности, фотоприемник 6, стробируемый усилитель V, пиковый детектор 8, блок 9 запоминания, решающее устройство 10 н устройство И компенсации. Работа устройства основана на том, что в реальной атмосфере можно выделить конечные но величине интервалы Zi, в пределах которых сохраняется линейная связь между (j и 0, т. е. в нределах таких участковPJZ,) ,.a(Z), -коэффициент ослабления на где a(Z) расстоянии Z вдоль трассы зондирования;Р (Z)-коэффициент обратного рассеяния на расстоянии Z вдоль трассы зондирования. Кроме того, профиль коэффициента ослабления можно аппроксимировать лпнейно-кусочной функцией и тогда на каждом участке аппроксимацни, выбранном так, чтобы на нем одновременно выполнялось r-iTii PxiT тто .Г Г ЛЛЯ ТЛи/ DTLTTTi TTTLJCrn/ rtусловие постоянства связи между р и о можно считать, что р (Z;) : /С,а (Z,) Ki-(a, + b,Z), где Ог и bj - коэффициенты линейной функции, аппроксимирующей профиль a(Z) на заданном участке Zi. Для определения неизвестных коэффициентов иг, bi и K.i на каждом интервале Zj необходимо произвести несколько измерений для получения ряда значений P(Zi) -2a;Z,.z2 i I I I, P,(Zi,) A-Ki(ai+biZi,}e -2а Z- и . Pg(Zi,) A-Ki{ai+biZi.,)e ; (1) -2n,.Zi,b..Z P,(,)e (,)(ai + ,e - - . Все точки Z,- - 2/ нрииадлежат интервалу Zj. Для первого интерва.ш. мы имеем четыре уравнения и четыре неизвестных /i; y(i; bi иг. Такая система уравнений может быть решена на ЭЬМ по известным методам (мечод Ньютона, метод итерации). Если же аппаратурный параметр А остается постоянным в нроцессе зондирования и последняя точка измерения на предыдущем интервале измерении совпадает с первой точкой последующего интервала Zi, то для всех интервалов с необходимо пзмерять всего два значения P(Zi) и далее решать систему всего пз двух уравнений. Онтическое устройство зондирования атмосферы работает следующим образом. Блок 1 управления запускает излучатель 2, детектор 3 сигнала и блок 5 обзора по дальности. Одновременно блок обзора но Дальности выдает стробпрующий имнульс, соответствующий первой отсчетной точке на стробнруемый усилитель 7 и открывает его. Сигнал, рассеянный атмосферой, проходя через устройство комненсации, иопадает на фотоприемник 6, а затем на стробируемый усилитель 7 и с него на пиковый детектор а. Постоянное напряжение, пропорциональное величине отраженного сигнала от одной из выбранных точек интервала Zi, запоминается в блоке 9 запоминания. Одновременно электрический сигнал с фотонриемннка 6 поступает па детектор 3 сигнала и далее на электронный счетчик 4, производящий измерение расстояния до выбранной точки па трассе зондирования. Далее величина измеренного расстояния из счетчика 4 и величина сигнала из блока 9 запоминания поступают в решающее устройство 10, которое производит решение уравнений, подобных системе (1, числяет профиль a(Z) вдоль трассы зондирования., В последний момент перехода от одной точки измерения к другой блок 5 обзора по дальности производит сброс пикового детектора 8. Формула и 3 о б р е т е и II я Оптическое устройство зондирования атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с излучателем и детектором сигнала, к входу которого подключен фотоприемник с устройством компенсации на входе, а к выходу - электронный счетчик, отличающееся тем, что, с целью повышенпя точности, оно снабжено подключенным входом к блоку управления, а одним из выходов - к входу детектора блоком обзора по дальности, последовательно соединенными стробируемым усилителем, входы которого связаны с фотопрпемннком

и блоком обзора по дальности, пиковым детектором, также связанным входом с блоком обзора но далькостп, запоминающим блоком п рсшающнм устроЛстЕом, к входу которого под(лючен выход электронного счетчика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Патент Франции № 2208527, кл. G 01W 1/00, 1977.

2.Авторское свидетельство СССР Л 563658, кл. G 01W 1/00, 1977 (прототип).