Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред

 

Использование: область метеорологии и гидрологии, измерение оптических характеристик атмосферы и гидросферы. Сущность изобретения: определение оптических характеристик по трассам, не совпадающим с направлением движения приемно-излучающего устройства. Импульсы света посылают через интервалы времени At Л R/V в одной плоскости, проходящей через направление движения и исследуемые трассы, одновременно под углами 0° fi arctg(j д R ) 90°, 90° у 180°, , .... 4 к линии направления движения, где A R, Л Н соответственно необходимые пространственные разрешения по направлению движения и в направлении, перпендикулярном направлению движения, V - скорость перемещения приемно-излучэющего устройства. О величине коэффициентов ослабления по трассам в плоскости посылки импульсов света судят по полученным принятым сигналам и величинам углов р. 1 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЪСТВУ (21) 4866018/-25 (22) 14.09.90 (46) 28.02.93, Бюл. ¹ 8 (71) Белорусский государственный университет им, В. И. Ленина (72) M. М. Кугейко и И, А. Малевич (56) Авторское свидетельство СССР

N 390401, кл. G 01 N 21/47, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N 835233, кл, G 01 N 21/47, 1979.

Авторское свидетельство СССР

N 988071, кл. 6 01 N 21/47, 1979, (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РАССЕИВАЮЩИХ

СРЕД (57) Использование: область метеорологии и гидрологии, измерение оптических характеристик атмосферы и гидросферы. Сущность изобретения; определение оптических характеристик по трассам, не совпадающим с

Изобретение относится к области измерения оптических характеристик рассеивающих сред и может быть использовано в метеорологии, гидрологии, а также для контроля загрязнения окружающей среды.

Цель изобретения — определение оптических характеристик по трассам, не совпадающим с направлением движения.

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Пусть приемно-излучающее устройство

1 движется со скоростью V и через интервалы времени Л t = Л R/V, де Л R необходимое пространственное разрешение, с которым требуется получить значения коэффициентов ослабления, посылают зондирующие импульсы одновременно под не

„„. рЦ„„1798бб4 А1 (я)5 G 01 N 21/47, G 01 W 1/00 направлением движения приемно-излучающего устройства. Импульсы света посылают . через интервалы времени Л t = Л R/V в одной плоскости, проходящей через направление движения и исследуемые трассы, одновременно под углами 0 < р<

<агС19(,, ) < 90, 90" < Р-,< 180, (= 1, ..., 4 к линии направления движения, где

Л R, Л Н соответственно необходимые пространственные разрешения по направлению движения и в направлении, перпендикулярном направлению движения, V— скорость перемещения приемно-излучающего устройства. О величине коэффициентов ослабления по трассам в плоскости посылки импульсов света судят по полученным принятым сигналам и величинам углов р. 1 ил. менее чем пятью углами р к линии направления движения в плоскости, проходящей через направление движения и исследуемые трассы. Для получения общих рассеивающих точек п, в которых определяются коэффициенты ослабления, (точек пересечения пяти лучей, посылаемых иэ различных местоположений приемно-излучающего устройства) посылка зондирующих импульсов должна осуществляться под четырьмя углами p в пределах 0" < p < 90 и углом

165 в пределах 90 rp; < 180 . Величина углов рь! =- 1, 2, 3, 4 выбирается иэ условия получения постоянного пространственного разрешения (расстояние между двумя соседними общими рассеивающими точками) как по направлению движения (Л R). так и в

1798664 ("ч) (-2 F, (r) hH р = arcing, (2) (3) Г:! <

1Ч. = =, Ir — и!

Iг-.й! =

50 (4) о l

55 направлении, перпендикулярном направлению движения (Л Н).

Точки пересечения гil пяти направлений зондирования (см. фиг, 1) удовлетворяют условию (пяти трасс зондирования, получаемых при посылке из пяти местоположений приемно-излучающего устройства при его движении);

ЛН

- tg p,i=1,2,3,4;

1Л

90 < p в < 180

Из (1) легко найти углы р, под которыми необходимо посылка импульсов света для получения точек пересечения rij с постоянным пространственным разрешением во всей плоскости зондирования

Выражение для сигналов обратного рассеяния, полученных под разными углами р (см. фиг, 1), имеет вид;

P(R, r,Т ) = APoI(r- R I2b(r) F. (г) х

1< — Я! х ехр(— 2 f F. (R + al ;)da), о где I „— единичный вектор направления зондирования х, у — соответственно координаты точек трассы зондирования под углом р; Х, Y— координаты точек посылки зондирующего излучения под углом р; Р, — мощность зон. дирующего импульса; А — аппаратурная постоянная; B(r)-. лидарное отношение в точке

r; F.ß вЂ” коэффициент ослабления излучения в точке r; R, r — соответственно радиус-векторы точек посылки зондирующего излучения; а — подынтегральная переменная. Прологарифмировав (3), восстановленное на квадрат расстояния Ir — R I получим

InS(R, r. 14) = 1п(АР,>}+ lnb(r) +

+ in :(r) — 2 j E(R i а1,)<1а, где S(R, r, t } --. P(R. r, 1, ) Ir — Р1 — сигнал обратного рассеяния. восстановленный на квадрат расстояния jr — R I.

Возьмем производную в точке r по направлению зондирования задаваемому вектором I (углом p i), Так как производная по направлению равна градиенту, умноженному на единичный вектор направления, т. е.

5 д д l р„ где v — оператор градиента, то

ln S (R, r, I<,) =Ty„vIn Ь (х, у)+

6;: +ь- 7Г+ !уV!и e (x, у)-21р;1г f e),(XLi+

Yj) + а р; ) da. (5)

Выражение (5) можно записать следующим образом;

Обозначив Ь(г)/b(r) = V(r), F (г)/е (г) д о в" О -ВФ Ф

= Ф(r), InS(R, r, 1„Д = L(R, r, р.) получим, 25 что логарифмическая производная сигнала обратного рассеяния

L(R, r, I+,) = Iy„(V(r) + Ж(г)) — 2 F. (r) (6)

В прямоугольной системе координат, совпадающей с направлением движения (ось х). выражение (6) принимает вид;

Ь -Ь

35 (Р1г, 1у) = IVcos ф1 + JVsln Я +

+ l Жсоз /л + J Фз!ар 2е(г) (7)

Ъ 3» Ьф Ф Ф В

Учитывая, что К = V„, JV = Ну, 1 Ф =. Ф,, J Ф= Фу — проекции V, Жна i è J

L(R, r, 1у,.) = Чхсоз р — Vysln +

+ Ф х соз

L(Ri г!! p1) = V@cos ф1 + Vysin p1 +

+ Фхсоз P1 + Фузlп P1 — 2К (ril)

L(Ri+1, riI, щ) = V„cos р2 + Vysin pr +

+ Ф,cos Pz + Фуз1п

L(R i+2, ri1, < 3) = V„cos /73 + Чуз1п (+

+ <1 хcos р3 + Фаз!и

L(Ri+3. rij. p4) = Vxcos p4 + Vysin p4 +

+ 4cos p4 + <руз1п p4 — 2t. (и1)

L(Ri--2. rij. p5) = Vxcos p + Vysln pi +

+ Фхсоз p; +

1798664 где Rt, Rl+1, Rl+2, Rt+g, Rl-2 — точки посылки зондирующего излучения;

rt1 — общая рассеивающая точка для пяти различных направлений посылки зондирующих импульсов, в которой определяется 5 коэффициент ослабления.

Решение системы линейных уравнений (9) относительно г. (rtI), лежащих в стороне от направления перемещения, таким образом, имеет вид (согласно формулы Крамера) 10

K(re) = A1/Ë, (10) где Л- определитель системы (9), Л1 — определитель, полученный из определителя 15

Л заменой последнего столбца столбцом из свободных членов

Формула изобретения

Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред путем посылки с перемещающегося приемно-излу20 чающего устройства импульсов света малой длительности, преобразования рассеянного в обратном направлении света в электрические сигналы при увеличении усиления принятых сигналов пропорцио25 нально квадрату текущего времени, отсчитываемого с момента посылки импульсов света, отл и чаю щийс я тем,что,с целью определения оптических характеристик по трассам, не совпадающим с направлением

30 движения, импульсы света посылают через интервалы времени Л 1 = Л Я/Ч в одной плоскости проходящей через направление движения и исследуемые трассы одновреЛН менно подуглами pl=arctg . <90, и

iËR

90 < р5 < 180О, 1= 1 ... 4, к линии направления движения, где Л R, Л Н вЂ” соответствен.но заданные пространственные разрешения по направлению движения и в

40 направлении, перпендикулярном направлению движения, Ч вЂ” скорость перемещения приемно-излучающего устройства, а о величине коэффициентов ослабления по трассам в плоскости посылки импульсов света судят

45 по полученным принятым сигналам и величинам углов pt.

Д1

cos p1 sinp1 cos p1 sin p1 — 2 со$ Q $1пф2 со$ p2 sin 02 — 2

СОЯ рз sin cos р sin pj — 2 со$ р4 slnp4 соз p4 sin p4 — 2

cos p5 sInp5 cos <р5 sin p5 — 2

cos р1 slnpt cos pt sin p1 L(RrtI, p1) соз рд sinp2 cos p2 sin pz 1 (Р гц, щ)

cos рз $1врз cos p sin рд 1 (Я1гц, 1дз) со$ р4 $1пф4 со$ p4 sin p4 L(Rlrtj p4)

cos p5 sInp5 со$1 5 sin p5 1 (Р1г)1, p5) Очевидно, что изменяя (вращая) плоскость посылки зондирующих импульсов, можно значения коэффициента ослабления получать дистанционно в произвольных точках пространства, Иэ(9) легко также определить V„, Чу, Ф, Ф, а значит, и относительный градиент

Fb(r)/Ü(r) лидарного отношения и относительный градиент коэффициента ослабления

9к (1)/ е(г) .

Таким образом, предлагаемый способ с использованием движения позволяет расширить функциональные возможности прототипа за счет дистанционного определения значений коэффициентов ослабления для трасс несовпадающих с направлением движения (в прототипе значения г. определяются только по одной трассе зондирования, совпадающей с направлением движения), При этом резко возрастает обьем получаемой измерительной информации. Очень важно и то, что расширение функциональных воэможностей (приобретение дистанционности) сопровождается сохранением высокой точности определения коэффициентов ослабления в произвольных точках пространства, удаленных от приемно-излучающего устройства, т. к. при этом не используется ни априорная информация, ни какие-либо допущения о среде.

1798664

Составитель M. Кугейко

Техред М,Моргентал Корректор О. Кравцова

Редактор

Пооизводствен«о-издательский комби«ат "Патент". r. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 767 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открь<тиям при ГКНТ СССР

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