Оптическое устройство зондирования атмосферы

 

ОП ИСАЙИ Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (i i) 73I409 ьоюз Советских

Социалистических

Республик (61) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 15.08.78 (21) 2655348/18-10 с присоединением заявки М— (23) Приоритет (43) Опубликовано 30.04.80. Бюллетень М 16 (45) Дата опубликования описания 30.04.80 (51) М. Кл.а

G 01W 1/00

Государственный комитет по делам нэобретеннй н открытий (53) УДК 551.508.9 (088.8) (72) Авторы изобретения

В. М. Григорьев и Б. И. Метлицкий (71) Заявитель

Научно-исследовательский институт гидрометеорологического приборостроения (54) ОПТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО ЗОНДИРОВАНИЯ

АТМОСФЕРЫ

Изобретение относится к гидрометеорологическому приборостроению и представляет собой оптическое устройство зондирования атмосферы. Указанное устройство может использоваться для измерения коэффициента ослабления атмосферы вдоль трассы зондирования и для измерения высоты нижней границы облаков.

Известны оптические устройства зондирования атмосферы, основанные на локационном методе измерения и обработке сигнала обратного рассеяния,(1).

Основным недостатком устройств, измеряющих профиль распределения коэффициента ослабления по трассе зондирования и высоту нижней границы облаков, является то, что в них не учитывается изменение индикатриссы рассеяния при зондировании неоднородно замутненной атмосферы. Это приводит к появлению существенных методических ошибок измерения профиля коэффициента ослабления атмосферы и высоты нижней границы облаков даже при введении приблизительных аналитических зависимостей коэффициента обратного рассеяния от коэффициента ослабления.

Наиболее близким к изобретению является измеритель высоты нижней границы облаков (2), который содержит блок управления, соединенный с излучателем и с детектором сигнала, фотоприемник, включенный на вход детектора сигнала и электронный счетчик, подключенный к пороговому устройству, которое в свою очередь под5 ключено к выходу усилителя видеосигнала.

Усилитель видеосигнала соединен своим входом с выходом детектора сигнала. Перед фотоприемником установлено устройство компенсации квадрата расстояния. В

1о этом приборе огибающая эхо-сигнала с достаточной степенью точности отражает изменение коэффициента обратного рассеяния вдоль трассы зондирования в пределах оптической дальности, где выполняется

15 приближение однократного рассеяния.

Однако для практических нужд, в том числе и для измерения высоты нижней границы облаков, требуется измерять вдоль трассы зондирования не коэффициент обратного рассеяния, а восстанавливать коэффициент ослабления.

При зондировании атмосферы коротким оптическим импульсом огибающая эхо-сигнала P(Z) описывается уравнением, которое сложно зависит от коэффициента ослабления, что не позволяет достаточно точ»о его измерять.

Цель изобретения — повышение точности измерения профиля коэффициента ослабле33 ния вдоль трассы зондирования.

731409

Р-,. (2s) = Кс а (2I) 55

Поставленная цель достигается тем, что оптическое устройство зондирования атмосферы, содержащее блок управления, излучатель, фотоприемник, устроиство компенсации, детектор сигнала, электронныи счетчик, снабжено подключенным входом к блоку управления, а одним из выходов — к входу детектора блоком оозора Ilo дальности, последовательно соединенными стробируемым усилителем, входы которого связаны с фотоприемником и блоком обзора по дальности, пиковым детектором, также связанным по входу с блоком обзора по дальности, запоминающим блоком и решающим устройством, к входу которого подключен выход электронного счетчика.

Via чертеже изображена блок-схема оптического устройства зондирования атмосферы., у стройство содержит блок 1 управления, излучатель 2, детектор 3 сигнала, электронный счетчик 4, блок 5 обзора по дальности, фотоприемник 6, стробируемый усилитель (, пиковыи детектор 8, блок 9 запоминания, решающее устройство 10 и устройство l i компенсации.

Работа устройства основана на том, что в реальнои атмосфере можно выделить конечные по величине интервалы Z„, в пределах которых сохраняется линейная связь между 14 и о, т. е. в пределах таких участков где o (Z) — коэффициент ослабления на расстоянии Z вдоль трассы зондирования;

P (Z) — коэффициент обратного рассеяния на расстоянии Z вдоль трассы зондирования.

Кроме того, профиль коэффициента ослабления можно аппроксимировать линейно-кусочной функцией и тогда на каждом участке аппроксимации, выбранном так, чтобы на нем одновременно выполнялось условие постоянства связи между Р, и о можно считать, что

) (2,) .= К,а (2,) = К, (а, + b,2,), где а, н b; — коэффициенты линейной функции, аппроксимирующей профиль o(Z) на заданном участке Z;.

Для определения неизвестных коэффициентов а;, b; и К; на каждом интервале Z, необходимо произвести несколько измерений для получения ряда значений P(Z;) — 2а.Z. - Ь|Z

Р, (2I,) = A. Ê, (à,+bI2I,) е — 2а.Х., Ь . 2

Р,(2I,) =А.К (а,+Ь,.2,,)е " ; (1) 5

4

2а,, Ь Х2

Р, (2;,) = A,.;(a,+Ь,2;„) е — 2а Х;;Ь ° +2

Р, (Zi,) =- А К,. (а, + b,2;, Iå

Все то па; Z;, — Л;, принадлежат пнтсрва. 1у Z;. Для первого интервала Mbl пмссM

sc IIlp0 уравнения и четыре неизвестных А;

1(;; Ь,; и,. 1 акая система уравнений может быть решена на 3bIV1 по известным методам (inc Ioä Ньютона, метод итерации). Если же аппаратурныи параметр Л остается постоянным в процессе зондирования и Iiocледняя точка измерения на предыдущем интервале измерении Z, > совпадает с rlepвой точкой последующего интерьала Z„, то для всех интервалов с i)2 необходимо измерять всего два значения Р (Z;) и далее решать систему всего из двух уравнений.

Оптическое устройство зондирования атмосферы работаег следуюшим образом.

Влок 1 управления запускает излучатель

2, детектор 3 сигнала и блок 5 обзора llo дальности. Одновременно блок обзора по дальности выдает стробпрующий импульс, соответствующий первои отсчетнои точке на стробируемый усилитель 7 и открывает elo.

Сигнал, рассеянный атмосферои, проходя через устройство компенсации, попадает на фотоприемник б, а затем на стробируемый усилитель 7 и с него на пиковый детектор

8. Постоянное напряжение, пропорциональное величине отраженного сигнала от одной из выбранных точек интервала Z;, запоминается в блоке 9 запоминания.

Одновременно электрический сигнал с фотоприемника б поступает на детектор 3 сигнала и далее на электронный счетчик

4, производящий измерение расстояния до выбранной точки па трассе зондирования.

Далее величина измеренного расстояния из счетчика 4 и величина сигнала из блока 9 запоминания поступают в решающее устройство 10, которое производит решение системы уравнений, подобных системе (1) и вычисляет профиль o.(Z) вдоль трассы зондирования., В последний момент перехода от одной точки измерения к другой блок

5 обзора подальности производит сброс пикового детектора 8.

Формула изобретения

Оптическое устройство зондирования атмосферы, содержащее блок управления, соединенный с излучателем и детектором сигнала, к входу которого подключен фотоприемник с устройством компенсации на входе, а к выходу — электронный счетчик, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности, olio снабжено подключенным входом к блоку управления, а одним из выходов — к входу детектора блоком обзора по дальности, последовательно соединенными стробируемым усилителем, входы которого связаны с фотоприемником

731409

Составитель В. Непомнящая

Текред В. Серякова

Редактор T. Рыбалова

Корректор 3. Тарасова

Заказ 759/14 Изд. № 295 Тираж 474 Подписное

НПО «HGHcK» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, 3(-35, Раушская наб., д. 4>>5

Типография, пр, Сапунова, 2 и блоком обзора по дальности, пиковым детектором, также связанным вхо, Iîм с г!лоКОМ 0030Ра 110 Дал:>I:00ÒII> За110.>1!.11а!ОГЦИМ олоком и рсшаюгцим устройство:;1, к вводу которого подключен вы.1од электронно о с;ст: ика.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент Франции № 2208527, кл.

G 01W 1/00, 1977.

5 2. Авторское свидетельство СССР

¹ 563658, кл. G 01W 1, 00, 1977 (прототип).