Способ определения структурной характеристики атмосферной турбулентности

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„.SU„„121 (51)5 G Oi Н 21 47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ HOMHTET СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ.И ОТКРЫТИЙ

М ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (46) 30.02.93. Бюл. Р 4 (21) 3553271/25 (22) 22. 12. 82 (71) Институт оптики атмосферы

СО АН СССР (72) M.Ñ.ÁenåHâêèé, А.А.Макаров и В.В .Покасов

/ (56) Авторское свиде тельство СССР

У 386325, кй. G 01 и 21/47, 1962.

Известия ВУЗов. — Радиофизика, 1981 24, В 3, с.298-302. (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНОЙ

ТУРБУЛЕНТНОСТИ путем посылки в исследуемый объем атмосферы по трассе зондирования лазерного излучения г и приема обратно рассеянного излучения, отличающийся тем, что, с целью повьш|ения точности, оперативностн и дальности измерений, осуществляют посылку коллимированного лазерного излучения, в принятом обратно рассеянном излучении определяют величины случайных смещений изображения исследуемого рассеивающего объема и по дисперсии этих величин с учетом радиуса посылаемого пучка излучения, зенитного угла трассы зондирования и превышения высоты исследуемого рассеивающего объема над высотой источника посыпO ки лазерного пучка судят о значени- Ж ях искомого параметра.

1717074

5 !

О

1

Изобретение относится к области атмосферной оптики и может быть использовано для определения оптических и метеорологических параметров атмосферы.

Цель изобретения — увеличение точ ности;:оперативности и дальности измереипй структурной характеристики атмосфернои турбулентности, На фиг. 1 изображена бистатическая схема устройства для реализации предложенного способа; на фиг. 2— моностатическая схема указанного устройства.

Способ заключается в том,, что источник 1 непрерывного (фиг.1) лазерного излучения направляет с помощью телескопической оптической сис.темы 2 под зенитным углом 9 пучок излучения через слои турбулентной атмосферы длиной .Ь в исследуемый — рассеивающий объем 3 длиной 1, где пучок рассеивается на частицах аэрозоля и, возвратившись назад, попадает в приемную систему 4. В фокальной плоскости приемной линзы устанавливается фотоприемник устройства 5 измерения случайнйх смещений изображения.

По полученным данным с учетом радиуса посылаемого пучка излучения зенитного угла .9 трассы зондирования и превышения высоты И иссле.дуемого рассеивающего объема над высотой источника излучения судят о значениях искомого параметра.

При моностатической схеме зондирования (фиг.2) импульсный источник

6 посылает с помощью оптической системы 7 излучение в исследуемый рассеивающий объем 3. Рассеянное. обратно излучение попадает на светоделительную пластину 8 и на фотоприемник устройства 9 измерения случайных смещений изображения, по которому судят об .исследуемом параметре.

При посылке в исследуемый объем атмосферы коллимированного лазерного излучения и приеме обратно рассеянного излучения принятый полный световой поток через объектив при-, емной системы определяется выраже нием

6/, =&„° 6 . где величина о, совпадает с дисперсией случайшлх смещений иэображения рассеивающего объема на расстоянии 1- от источника излучения, а б определяет дисперсию случайныхсмещений изображения протяженного некогерентного источника, размеры которого совпадают с размерами рас- сеивающего объема.

Первое слагаемое обусловлено случайными искажениями фазового фронта пучка на пути к рассеивающему объему. Эти искажения (наклоны фазового фронта) вызывают случайные изменения положения зондиру-. ющего пучка .в пространстве как целого, следовательно, вызывают дрожание следа пучка и изображения рассеивающего объема.

Второе слагаемое связано с искажениями фазы волны на пути от рассеивающего объема к приемной системе. Таким образом, дрожание изображения определяется двумя явлениямидрожанием зондирующего пучка на расстоянии L от передатчика и дрожанием изображения протяженного некоге- . рентного источника, размеры которого совпадают с размерами объема рассеяния.

При бистатической схеме зондиро30 ванин (фиг.1) с непрерывным (полностью когерентным) лазерным источником (Ч. 3, — угол расходимости пучка) выражение (1) принимает вид

6 -1 а, вес 9)с (1) )1-1)н) ш(1-нн) 1dt, 1, (й) где с(= 0;86 (ala, ) соз О длина рассеивающего объема, 1 = d +

40 .

+)" (,; „-, угол поля зрения при" емной системы, определяемый размером полевой диафрагмы; 9 — зенитный угол трассы; d — диаметр приемника; a. — радиус посыпаемого ла45 эерного пучка; С „ (т.) — структурная характеристика показателя преломления атмосферной турбулентности; Н превьппение исследуемого объема над источником излучения; t — переменная интегрирования.

В этой схеме зондирования изображение рассеивающего объема представляет собой протяженную светящуюся нить с продольным размером, равным

/Ь.,и поперечным — Г, Г /1,, где, f- — фокусное расстояние приемной линзы, а („= О, Измеряя значения дисперсии 6 (h) для дискретного

1217074

Фиг. g

Составитель С.Непомнящая

РедактоР Н.ЗагРебельнаЯ ТехРед Т.Дубинчак

КЬрректор Л. Пилипенко

, Заказ 1090 Тираж

ВНИИци Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д.4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент™, г.ужгород, ул.Проектная,4

3 .на.бора значения высот рассеивающего объема,над подстилающей поверхностью

Ь, (л = 1,2,...,h), иэ интегрального уравнения восстанавливают высотный профиль..

При I? » a, (продольный размер рассеивающего объема много . больше поперечного) за счет усреднения фазовых флуктуаций.по протяженному некогерентному источнику дисперсия 6 становится мала по сравнению с

Ю

8 (о(((1), поэтому слагаемым

Чз вида о((t -1 /H) в подынтегральном выражении .в формуле (2) можно . пренебречь. При этом интегральное уравнение для определения С (h) принимает вид

Н

8<(hJ:1, а, ecefCÄ(tl(-цн) dt. <з>

Выбор в качестве зондирующего пучка слаборасходящегося (Ч < 3 ) типа яэлучения позволяет повысить точ-. йасть, оПеративность измерения С „, а также дальность зондирования..4 с

В случае слаборасходящегося пучка, когда средний размер пучка на расстоянии Ь от излучателя, (О остается близким к своему начальному размеру, т.е. f „ (L) — а., дисперсия. дрожания изображения следа 2 пучка в рассеивающей среде р

9 % и параметр С„ связаны:простьпчи линейными (5p с ) соотношениями

Ip вида (2), (3) .

В других же случаях при Р1,(Ь )(<.a, или Р (1.)» а, связь 8, и С ь. Рс. и становится нелинейной.

При моностатической схеме,зондирования, т.е. в случае импульсного источника (фиг.2), величина C совпадает с размером:зондирующего пучка (Г = a ) и формула (2) принимает вид . н .6 =ma. seeefc„ (t)j(<-Èèj .îae о

s(a

: ° (1- 1(ц) (й1

Длина объема рассеяния и пространсг-венное разрешение определяются длительностью импульса.