Способ определения оптических характеристик атмосферной турбулентности и аэрозоля

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

„.Я0„„215481 (51)5 Gol N 21!47

ОПИСАНИЕ И30БРЕТЕНИЯ

И АВТОРСКОМУ СВИДЕП=ЛЬСТВУ

l .Г 57 к>а01>Л,Б1 К У

10 о о о о о оо о оо о о о ооо о о

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (46) 15.02. 93. Бюл. Ф 6 (21) 3?23800/25 (22) 20.02.84 (71) Институт оптики атмосферы

C0 AH СССР (72) А.Ф.Жуков, И.П.Лукин и р,111.цвык (56} Авторское свидетельство СССР

I 705884, кл. G.Ol М !/14, 1974 °

Авторское свидетельство СССР

У 780676, кл. G Ol М l/00, 1977. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРНОЙ ТУРБУЛЕНТНОСТИ И АЭРОЗОЛИ, путем посыпки через исследуемый слой атмосферы двух пучков оптического излучения, первый из которых коллимирован, приема их через точечную диафрагму,.измерения нормированной дисперсии флуктуаций интенсивности принятого излучения в каждом из пучков и определения по величине и соотноаению дисперсий искомых параметров, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности, второй пучок излучения коллимируют и посылают одновременно с первым по одной и той же трассе, предварительно промодулировав на пучки на разных частотах, причем их начапьные радиальные pasмеры а, и а удовлетворяют условиям

a,= „a . (1} где Ь - длина трассы;

К =* 2П/Д; ф - длина волны посылаемого оптического излучения в ваку" уме.

1215481

Изобретение Относится к ОбласУн атмОсфернОЙ оптики и может быть использовано для дистанционного определения оптической толщи осадков и структурной характеристики флуктуа"

ghA показателя преломления атмосферы во время бвыпадения осадков.

Целью настоящего изобретения является увеличение точности измерения.

На фиг.l изображена блок-схема устройства, реализующего данный спо" соб; на фиг.2 — кривые,l и П изменения коэффициентов пропорциональности оптического излучения.

Устройство работает следующим образом.

Оптическое излучение от лазера 1 после деления на делителе 2 и отражения от зеркала 3 проходит через модулятор 4, модулирующий по амвлитуде с частотой 1 оптическое излучение, которое затем проходит .через коллиматор 5, отражается ЗерКалом 6 и смешивается пластинкЪй 7 с оптичес" ким излучением, промодулированным по амплитуде с частотой Х, модулятором 8 и прошедшим коллиматор 9. Оба промодулированных пучка посылают в атмосферу 10 на одну и ту же трассу.

После прохождения слоя атмосферы s момент выпадения осадков оптическое излучение принимается через точечную диафрагму ll и детектируется квадратичнььг приемником 12, Получекньй сигнал усиливается и делится на два селективным усилителем !3, после чего сигнал с частотой f, поступает на квадратор 14, а сигнал с частотой — на квадратор 15, В вычислительном устройстве 16 из дисперсий флуктуаций интенсивности находят искомые парамеФры.

Способ может быть реализован на следующих приборах: I - Be-Ие (лазер (3 O,бЗ мкм); ll - круглая диафрагма диаметра 0,1 ; 12 - ФЭУ. условия.(1) и (2). Вытекают из следующего. .Атмосферная турбулентность и осадки дают аддитивные вклады во флуктуации оптического излучения, распространяющего в атмосфере во время выпа" деяия осадков. В силу этого дисперсии флуктуаций интенсивности пучков оптического излучения можно записать следующим образом: »1 (ОО ) t 7„Р (O2I l P < )

gJ г где 1тчо (ао ) 1- дисперсия флуктуаций интенсивности пучка ОптическОГО излучения, Обусловленная турбулентностью

8ã

I алло ° о ) — дисперсия флуктуаций интенсивности пучка оптического

1п излучения, обусловленная аэрозолем;

1,2.

Дисперсию флуктуаций интенсивности пучка оптического излучения, связанную с турбулентностью, можно зад писать в виде г

У„„(ао,> = (ао,) P,1

74 11(б где Pî=" 2 С К L, — дисперсия флуктуаций интенсивности плоской волны;

4 (а„;) — коэффициент пропорциональности, зависящий от начального радиального размера пучка излучения.

Значения Ц (a ) приведены на фиг, 2.

Дисперсия же флуктуаций и интенсивности пучка оптического излучения, связанная с осадками, представлена в виде

5,, (a ;) =P(a ;)ii

36 где, с — оптическая толща осадков; ((ао1 -коэффициент пропорциональности, зависящий от начального размера пучка излучения.

Разность дисперсий флуктуации интенсивности д.=8, (о„) — 6", (а„ ) =

С р(ао,)-y(a )Р, +ГР (а„1-f" (ao,)), Так как при выполнении условия 2

4О из-sa симметрии кривой П фиг .2 (для .о j 1 отноонтельно Q, P è, нноборот, резкой асимметрии кривой фиг,2 (для y(aо) р (о, О „) «р (а 2) g (a„) t "1 (no 2 ), то

7(6 "1!Ь

+-1, () (ао1)- g(aors.HK 1" 1) т.е. пропорциональная С„. Зная C „

2 2

ПО (» т (Qgg) MOEHO С ВЫСОКОЙ ТОЧНОСТЬЮ определить7. что особенно важно при с, а,1. Так как в дождях, как правило» g (1, То для тОгО чтОбы Обе с печить высокую точность измерения

С, необходимо иметь максимально

2 большим 6 . (Ы)> 1) . Для этого неибхонимо, чтобы QC©o ) 1. Эти пн нб.-. r т ми!

21548}

Ш © . Див. g

Составитель С.Непомнящая

Техред А.Бойко Корректор, М.Демчик

Редактор И.Ходакова

Заказ 1096 Тираш . . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открь1тий

113035, Москва, Ж-35, Раушская иаб., д. 4/5 филиал ИПП "Патейт", r. Ушгород,. ул. Проектная, 4 нимизировать ошибку, вносимую атмосферной турбулентностью в измерения

Таким образом, kpoMe выполнения условия (2) необходимо, чтобы

L -1

y(a. )-У(к 0 1

Из фиг.2 s Ho, iso npu ц„>2,6 — ф(а,,)-y(— „" а, ))oS

Так как с (размер более узкого пучка) реально не мошет быть меньше ! мм, то с учетом условия (2) морокко написать, что,(1. а, ба —— т ° е;2-5t — ), а„, ) 7 5ч — „,, Кроме того, 5 для повышения точности измерения оптической толщи осадков k определяют иэ 6 (ооя), а не из д {о,), так кок турбулентность на пучки с а <т—

K

L влияет меньше, чем на пучки с а,>y<

Таким образом, прн выполнении условий (I ) и (2) реализуются максимально благоприятные условия для из ф. л черення C„и