Способ определения среднего по трассе показателя преломления воздуха

 

Изобретение относится к области измерения расстояний с помощью элек . тромагнитных волн и может быть использован для редукции дальномерных измерений к свободном пространству в метрологии, геофизике, геодезии, машиностроении и т.д. С целью упрощения процесса измерений без ограничений дальности измерений фиксируют наступление момента изотермии атмосферы цутем отслеживания во время угла полной рефракции симметрично во времени относительно среднего момента tg нулевых вертикальных градиентов температуры воздуха, а средний по трассе показатель преломления воздуха определяют расчетным путем, как среднее из его значений, рассчитанных по метеопараметрам, которые изме ряют на концах трассы в момент tg, когда измеренный угол полной рефракции совпадает с вычисленным. 5 ил. с СП С

СОЮЗ СО8ЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИК (gg 4 G 01 N 21/41

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМ,Ф СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

rlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3892553/31 25 (22) 11.05.85 (46) 30.09.86. Бюл. ¹ 36 .(71) Владимирский политехнический институт (72) А.С.Медовиков и Г.П.Пушкарев (53) 535.24(088.8) (56) Приленин М.Т., Голубев А.Н. Инструментальные методы геодезической рефрактометрии. — Итоги науки и тех-. ники. Геодезия и аэрофотосъемка, 1979, т.15, с.5-26.

Даннльченко В.П. Исследование в области метрологического обеспечения лазерных дальномеров, Сб. научи. тр. НПО "Метрология", Ленинград, 1981, с.65-70. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СРЕДНЕГО ПО

ТРАССЕ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА (57) Изобретение относится к области измерения расстояний с помощью элекÄÄSUÄÄ 1260772 А t тромагнитных волн и может быть использован для редукции дальномерных измерений к свободному пространству в метрологии, геофизике, геодезии, машиностроении и т.д. С целью упрощения процесса измерений без ограничений дальности измерений фиксируют наступление момента изотермии атмосферы путем отслеживания во время угла полной рефракции симметрично во времени относительно среднего момента

t„ нулевых вертикальных градиентов температуры воздуха, а средний по трассе показатель преломления воздуха определяют расчетным путем, как

С> среднее из его значений, рассчитанных по метеопараметрам, которые изме- ряют на концах трассы в момент когда измеренный угол полной рефракции совпадает с вычисленным.

5 ил.

1260772

Изобретение относится к исследованиям физических свойств атмосферы с помощью оптических методов и может быть использовано в метрологии, геофизике, геодезии для редукции свето. дальномерных измерений к свободному пространству.

Цель изобретения — упрощение про. цесса измерений без ограничений на дальность измерений.

На фиг.1 изображена траектория светового луча в атмосфере; на фиг..2суточный ход радиационного баланса

Р.ц (кал/см ч) и вертикального граdT диента температуры воздуха — — на ак высоте 2 м над землей; на фиг.3 —графики выбора периода изотермами в зависимости от широты g .времени года, суток и времени захода (восхо да) солнца т ; на фиг.4 — типичные кривые дневного хода угла полной рефракции для коротких (нижняя кривая) и длинных (верхняя кривая) трасс; на фиг.5 — устройство для peat лиэации способа.

При распространении светового луча в атмосфере из-за неоднородностей показателя преломления воздуха в горизонтальном и вертикальном направлениях возникает искривление траекто- рии, которое характеризуют углом полной рефракции б

dn d en б= — — -dx= — L, (1)

dg dz о

dn где — — — вертикальный градиент пока.

dz зателя преломления, зависящий .от координаты х вдоль прямой, соединяющей точки 1 и 2 (фиг.1);

L — длина трассы.

Из физики приземного слоя атмосферы известно, что 2 раза в сутки, примерно в течение 2 ч после восхода и за 2 ч до захода солнца наступают моменты изотермии атмосферы, когда поток тепла с поверхности земли равен потоку тепла, получаемого земной поверхностью от атмосферы. Эти периоды характеризуются нулевым градиентом температуры.

Угол полной рефракции принимает определенное значение в момент времени t изотермии атмосферы и это значение б(ТО) можно вычислить.

Градиент.показателя преломления воздуха опредепяется формулой

78>9.10 Р (О 0342 + Т

Т dz

dz (2) Подставляя (2) в (1) получим

78 9-10 P

-6

d (Т> = — — — — — — L(0 0342 + — — -) .

TI

У

dz (3)

10 где P — давление; Т - температура, Для момента изотермии tz имеем

d T /dt =Ои

79 9 10 - F: 0 0342 (л. — Ь о)

Т

10 P

2 7

Т (4) Зная приближенную длину трассы

Ь, по измерениям метеопараметров на

20 концах трассы можно вычислить изотермический угол полной рефракции по формуле (4). Если измеренное значение угла полной рефракции принимает вычисленное по формуле (4) значение, то момент изотермии точно известен.

В этот момент времени

d cni 3 сп ЙР Эс.п ЙТ

dz = а Р dz ат az а ап dP 79 9 10 дР dz Т

P 0,0342 =

-(2,7 ° 10

На фиг.4 показаны утренние и ве-

З5 черние моменты иэотермии, когда рассчитанные по формуле (4) углыб cosпадают с измеренными. В момент изотермии зависимость среднего показателя преломления воздуха от высоты очень слабая и выражается линейной функцией. Так, при разности высот

-8

1 м имеет дп порядка 3 -10 . Учитывая, что в горизонтальном направлении по лучу изменение показателя преломпенйя такюе определяется высотой луча над земной поверхностью, можно полагать, что существует слабая линейная зависимость показателя преломления воэдуэа вдоль трассы. Поэтому в момент изотермии можно определить среднее по трассе значение показателя преломления воздуха, как среднее из его значений, рассчитанных по метеопараьйтрам, которые измеряют -на концах трассы в момент времени t

На фиг.5 дана схема интерферометра для измерения угла полной рефреакции., 1260772

Интерферометр работает следующим образом.

Излучение лазера 3 последовательно проходит поляроид 4, объектив 5, 6, диафрагму 7, пластинку и /2-8, поляроиды 9 и 10, диафрагму 11, пластинку 3/2-12, объектив 13, 14. Систе ма поляроидов и пластинок h /2 приводит к тому, что верхний и нижний пучки разделены и при интерференции 10 в точке 2 приема позволяют определить угол 6, если измерить разность хода о интерферирующих лучей 6

= у /b (b — база интерферометра) .

Предложенный способ осуществляют 15 следующим образом.

В точках 1 и 2 (фиг.1) устанавливают метеорологические приборы для измерения температуры, давления и влажности, а также устройство для 20 измерения полного угла рефракции (фиг.5). В частности, угол полной рефракции можно измерить с помощью интерферометра (фиг.5). Используя график (фиг.З), определяют приближен-25 но момент tö. В течение часа, симметрично во времени относительно производят измерение угла полной рефракции при одновременном измерении метеопараметров, По формуле (3) рас- 30 считывают среднее по трассе значение показателя преломления воздуха, в момент когда измеренное значение,б совпадает с рассчитанным по формуле (4) .

Точность предложенного способа 35 можно оценить из следующих соображений. Согласно (2) при точности измеР рения 6 порядка 4, длине исследуемого участка по вертикали бк = 1 м, L = 1000 м имеем 40 что вполне удовлетворяет потребностям метрологии на современном уровне 45

Таким образом, предложенный способ благодаря новым операциям: от-. слеживанию во времени угла полной рефракции, симметрично во времени относительно среднего Момента t нулевых вертикальных градиентов температуры воздуха, измерению метеопараметров на концах трассы — обладает техническими преимуществами в сравнении с известными, а именно процесс измерения упрощается,, так как метео.

I измерения необходимо проворить только на концах трассы, для измерения угла рефракции можно использовать простые устройства. Способ относится к дистанционным способам определения показателя преломпения воздуха и может быть использован на трассах со сложным рельефом подстилающей поверхности.

Формула и з о б р е т е н и я

Способ определения среднего по трассе показателя преломления воздуха, включающий измерения давления воздуха и абсолютной температуры в дискретных точках трассы, по которым рассчитывают средний по трассе показатель преломления воздуха, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью упрощения процесса измерений без ограничений на дальность измерений, измерения давления воздуха и абсолютной температуры проводят на концах трассы, при этом в период времени С, симметричный относительно момента tä нулевых вертикальных градиентов температуры воздуха, отслеживают угол .полной рефракции 6 (t), а средний по трассе показатель преломления воздуха определяют в момент когда измеренный угол полной рефракции совпадает с вычисленным по формуле б() = 2,7 10 — — L

6 Р где L — длина трассы, м;

Р— среднее давление воздуха, мбар;

Т вЂ” средняя абсолютная темперао тура воздуха, С.

1260772

Фиг 1

R17(Я., (aped (н) т

-8

Фиг. г

5 н7СФ/

8,0

1,0

S Z2 Х 19 Я 15 30 8 И ЧИСЛО

Риа 3

12б0772

6 (Cn)

2 1 9 1Б to 188е Ю Ф®э/

Фие. 4 в щ

Составитель С.Голубев

Редактор А.Долинич Техред М.Ходанич Корректор Л. Пилипенко

Заказ 5220/41 Тираж 778 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул.Проектная, 4