Патент ссср 415489

 

О П И С А Н И Е,4I5489

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советсктез

Соцмалмстических

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 28.111.1972 (№ 1764533/18-10) с присоединением заявки ¹

Приоритет

Опубликовано 15.ll.1974. Бюллетень ¹ 6

Дата опубликования описания 10.VII.1974

М. Кл. 6 Olc 3/08

Гасударственный комитет

Совета Министров СССР оо делам изобретений и открытий

УДК 528.517(088.8) Авторы изобретения

В. М. Захаров, О. К. Костко, А. И. Герман, В. И. Павлов и

В. Е. Рокотян

Центральная аэрологическая обсерватория

Заявитель

СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК НЕРОВНОСТЕЙ ВОДНОЙ И ДРУГИХ

ПОВЕРХНОСТЕЙ

Изобретение предназначено для инструментального определения профилей поверхностей и может быть использовано в метеорологии, геодезии и геофизике.

Известно использование аэрофотосъемки для дистанционного определения геометрических характеристик подстилающих поверхностей, применяются также лазеры с непрерывным излучением, модулированным высокочастотным сигналом. Измерение сдвига фаз модулированного сигнала соответствует изменению формы исследуемой поверхности.

Однако аэрофотосъемку можно проводить только в светлое время суток, а расшифровка аэрофотоснимков требует значительных затрат времени.

Измерение с помощью лазера с непрерывным излучением связаны с необходимостью строго фиксировать в момент измерения расстояние до исследуемой поверхности, что затрудняет установку приборов на движущихся объектах, которые подвергаются действию возмущающих факторов, например на самолетах и на искусственных спутниках Земли.

Кроме того, малая мощность современных лазеров с непрерывным излучением ограничивает радиус действия прибора несколькими сотнями метров.

Для увеличения точности радиуса действия, надежности измерения с дви кущихся об.ьектов, а также устранения зависимости измерений от времени суток предлагается способ, по которому исследуемую поверхность облучают зондирующими световыми импульсами наносе5 кундной длительности с шириной пучка, соп".меримой с размерами измеряемых неровностей, сопоставляют ширину отраженного от поверхности импульса с шириной зондирующего, в зависимости от угла зондирования, по уве10 личению длительности отраженного импульса определяют высоту или длину неровностей исследуемой поверхности.

На фиг. 1 изображена блок-схема лазерного устройства для осуществления описываемого

15 способа; на фиг. 2 — ход лучей при отражении их от зондируемой поверхности (нормальное к поверхности падение лучей); на фиг. 3— ход лучей при наклонном падении пучка на поверхность; на фиг. 4 — схематизированные ос20 циллограммы импульсов, отраженных от поверхности моря прп различных бальностях волнения.

Оптический квантовый генератор 1 (фпг. 1) излучает колоколообразный импульс, напри25 мер, длительностью т=30 псек и мощностью

Р-2МВ1. Зтог импульс попадает па расщепптсль луча 2 н часть его прп помощи фотоэлектронного умцожителя 3 запускает регистрирующую аппаратуру 4. При этом заппсыва30 ется форма падающего импульса. Луч, про415489 шедший расщепитель, отражается от зондируемой поверхности 5, а затем попадает на входную оптику 6 приемной части. Сигнал, продетектированный фотоумножителем, усиливается усилителем 7, а затем поступает на регистрирующую аппаратуру 4.

Для определения высоты неоднородностей (волн) зондирующий луч направляют нормально к поверхности. Расхождение пучка подбирают так, чтобы диаметр пятна, освещающего поверхность, захватывал не менее одной волны. На осциллограмме записывают формы излученного и отраженного сигналов и определяют уширение принятого сигнала по сравнению с падающим из-за различия оптических путей для лучей, отраженных от впадины 8 волны от гребня 9 (фиг. 2).

Высота волны измеряемой неровности равна половине измеренного уширения отраженного импульса:

h = — (Ь, — Л), 2 где: h — высота волны (расстоянне от гребня до впадины);

Л вЂ” ширина отраженного импульса;

Л вЂ” ширина зондирующего импульса.

Для определения длины волны производят сканирование зондирующего пучка. Расхождение пучка подбирают так, чтобы диаметр освещенного пятна захватывал не менее двух волн. При падении на поверхность наклонного пучка (угол наклона, например, 45 ), разность хода лучей и уширение импульса определяют и от соседних волн. Отражающие площадки 10 — 12 показаны на фиг. 3. При значении угла наклона 0)О„р»„уширение отраженного импульса связано с разностью хода, набегающего при отражении лучей от соседних волн. Для определения О,р.„ производят сканирование пучка от нормального до скользящего падения и определяют зависимость величины уширения (Лi — Л) от угла падения

0. Значение О, соответствующее минимуму кривой есть 0Ä Ä,. Длина волны L определяется по формуле:

5 L = — (Ь, — A)sin&, 1

5 где 0)0 »»„ — угол падения пучка.

В предлагаемом способе все вычисления ограничиваются сравнением формы импульсов

M и не требуют строгой фиксации расстояния от прибора до поверхности.

Способ опробован в натурных условиях. С борта самолета производилось зондирование морской поверхности с высоты 1 — 2 км при

15 различных погодных условиях. В качестве примера осуществления способа приводятся осциллограммы, полученные при полетах над морем (фиг. 4).

Отраженный импульс 13 получен при зонди20 ровании морской поверхности при отсутствии волнения, импульс 14 — волнение до 2-х баллов, импульс 15 — волнение три балла.

Предмет изобретения

25 Способ измерения геометрических характеристик неровностей водной и других поверхностей путем посылки зондирующих световых сигналов на исследуемую поверхность и сравнения фазы отраженного от поверхности зон30 дирующего светового сигнала с фазой излучаемого зондирующего сигнала, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что, с целью увеличения точности, радиусадействия, надежности измеренийс движущихся объектов, на исследуемую поверх35 ность посылают зондирующие световые импульсы наносекундной длительности с шириной пучка, соизмеримой с размерами измеряемых неровностей, сопоставляют ширину отраженного от поверхности импульса с шири40 ной зондирующего и, в зависимости от угла зондирования, по увеличению длительности отраженного импульса определяют высоту или длину неровностей исследуемой поверхности.

Составитель П. Лазанов ехрсд T. Ускова

Редактор И. Шубина

Корректор А, Дзесов»

Заказ 1412!11 Изд. Х 1274 Тирами 760 Подписное

ЦНИИПИ Государстве1п1ого комитета Совета Министров СССР по делам изобретений и открытий

Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Типография, пр. Сапунова, 2