RU2495452C2 - Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere - Google Patents
Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2495452C2 RU2495452C2 RU2011143951/28A RU2011143951A RU2495452C2 RU 2495452 C2 RU2495452 C2 RU 2495452C2 RU 2011143951/28 A RU2011143951/28 A RU 2011143951/28A RU 2011143951 A RU2011143951 A RU 2011143951A RU 2495452 C2 RU2495452 C2 RU 2495452C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- points
- atmosphere
- paths
- light pulses
- signals
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Abstract
Description
Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно - к способам определения характеристик загрязнения атмосферы, и может использоваться, например, для измерения оптических параметров слабо рассеивающей атмосферы лидарными системами при определении аэрозольного загрязнения воздуха.The invention relates to the field of meteorology, and more specifically to methods for determining the characteristics of atmospheric pollution, and can be used, for example, to measure the optical parameters of a weakly scattering atmosphere by lidar systems in determining aerosol air pollution.
Известен способ оптического зондирования неоднородной атмосферы [1], при котором осуществляют посылку в атмосферу светового импульса малой длительности и регистрацию рассеянного в обратном направлении света, преобразованного в электрические сигналы. Эти сигналы накапливают в течение заданного промежутка времени в зависимости от общей протяженности исследуемого участка. При этом обеспечивают усиление принятых сигналов пропорционально квадрату текущего времени, отсчитываемого с момента посылки импульса в атмосферу.A known method of optical sensing of a heterogeneous atmosphere [1], in which a light pulse of short duration is sent to the atmosphere and the light scattered in the opposite direction is converted into electrical signals. These signals accumulate over a given period of time depending on the total length of the investigated area. At the same time, the received signals are amplified in proportion to the square of the current time counted from the moment the pulse was sent to the atmosphere.
Этот известный способ обладает низкой точностью, поскольку он основан на предположении о постоянстве отношения коэффициента обратного рассеяния к коэффициенту ослабления на исследуемой трассе зондирования. Это предположение не выполняется в условиях реальной неоднородной атмосферы.This known method has low accuracy, because it is based on the assumption that the ratio of the backscattering coefficient to the attenuation coefficient on the probing path under study is constant. This assumption is not fulfilled in a real inhomogeneous atmosphere.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ определения прозрачности неоднородной атмосферы [2], при котором осуществляют посылку в атмосферу световых импульсов из точек, разнесенных в пространстве, по пересекающимся трассам зондирования, проходящим не менее чем по трем неколлинеарным направлениям; с образованием области зондирования отрезками между точками их пересечения, осуществляют прием эхо сигналов в точках посылки, а характеристики атмосферы определяют по мощностям этих сигналов с использованием расчетных формул.Closest to the proposed invention is a known method for determining the transparency of an inhomogeneous atmosphere [2], in which light pulses are sent to the atmosphere from points spaced in space along intersecting sounding paths passing in at least three noncollinear directions; with the formation of the sounding region by segments between the points of their intersection, echo signals are received at the sending points, and the atmospheric characteristics are determined by the power of these signals using calculation formulas.
В этом известном решении повышена точность определения характеристик загрязнения неоднородной атмосферы благодаря использованию не менее чем трех точек посылки в атмосферу световых импульсов. Однако в решении [2] не учитывается фоновая засветка в процессе измерений характеристик слабо рассеивающей атмосферы.In this known solution, the accuracy of determining the characteristics of pollution of an inhomogeneous atmosphere is increased by using at least three points of sending light pulses into the atmosphere. However, the solution [2] does not take into account background illumination during measurements of the characteristics of a weakly scattering atmosphere.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения характеристик атмосферы за счет корректного учета фоновой засветки атмосферы.The technical result of the invention is to increase the accuracy of determining the characteristics of the atmosphere by correctly taking into account the background illumination of the atmosphere.
В предлагаемом способе используют некоторые существенные признаки прототипа, а именно: в нем осуществляют посылку в атмосферу световых импульсов из точек, разнесенных в пространстве, по пересекающимся трассам зондирования, проходящим по неколлинеарным направлениям.The proposed method uses some of the essential features of the prototype, namely: it sends light pulses into the atmosphere from points spaced in space along intersecting sounding paths passing in noncollinear directions.
Существенными отличительными признаками предлагаемого способа является то, что осуществляют посылку световых импульсов по дополнительным трассам, каждая из которых пересекает все предыдущие трассы, с общим числом не менее пяти трасс, и по принятым сигналам определяют характеристики атмосферы.Salient features of the proposed method is that they send light pulses along additional paths, each of which crosses all previous paths, with a total number of at least five paths, and the characteristics of the atmosphere are determined by the received signals.
Оптические характеристики загрязнения неоднородной атмосферы, в частности,Optical characteristics of inhomogeneous atmosphere pollution, in particular,
находят из системы уравнений, записанной для многоугольников, образованных пересечением трасс зондирования по неколлинеарным направлениямfound from the system of equations written for polygons formed by the intersection of sensing paths in noncollinear directions
где
S - мощность сигнала обратного рассеяния, скорректированная на геометрический фактор лидара
β - коэффициент обратного рассеяния,β is the backscattering coefficient,
σ - коэффициент ослабления,σ is the attenuation coefficient,
m=1/g, причем определяется и постоянная g в степенной связи коэффициента обратного рассеяния с коэффициентом ослабления β = Dσg, (3)m = 1 / g, and the constant g is also determined in the power-law relationship of the backscattering coefficient with the attenuation coefficient β = Dσ g , (3)
Сущность изобретения пояснена на чертеже. На фиг. 1 представлена схема посылок зондирующих импульсов и приема эхо сигналов для примера 5 приемопередатчиков (лидаров).The invention is illustrated in the drawing. In FIG. 1 is a diagram of sending probe pulses and receiving echo signals for example 5 transceivers (lidars).
Способ реализуют следующим образом.The method is implemented as follows.
Приемопередатчики 1 - 5 располагают с разнесением в пространстве в точках
Осуществляют посылку световых импульсов в направлении рассеивающего объема
Принимают сигналы в точках посылки от отрезков, ограниченных рассеивающими объемами. Принятые эхо сигналы «скорректированы» на геометрический фактор лидара. Результат пропорционален:Receive signals at points of sending from segments limited by scattering volumes. The received echo signals are “corrected” for the geometric factor of the lidar. The result is proportional to:
b1 - на отрезке, ограниченном точками:
b2 - на отрезке, ограниченном точками:
b3 - на отрезке, ограниченном точками:
b4 - на отрезке, ограниченном точками:
b5 - на отрезке, ограниченном точками:
b6 - на отрезке, ограниченном точками:
b7 - на отрезке, ограниченном точками:
b8 - на отрезке, ограниченном точками:
b9 - на отрезке, ограниченном точками:
b10 - на отрезке, ограниченном точками:
b11 - на отрезке, ограниченном точками:
b12 - на отрезке, ограниченном точками:
b13 - на отрезке, ограниченном точками:
b14 - на отрезке, ограниченном точками:
b15 - на отрезке, ограниченном точками:
Величины zi находят из системы уравнений (2). Для рассматриваемого конкретного примера находят решение систем уравнений:The values of z i are found from the system of equations (2). For the particular example under consideration, a solution of the systems of equations is found:
причем указанные существенные отличия позволяют повысить точность из-за учета 5 неизвестных мощностей фоновой засветки из замкнутой системы из 15 уравнений относительно них и 10 неизвестных оптических характеристик атмосферного аэрозоля.moreover, the significant differences indicated make it possible to increase the accuracy due to taking into account 5 unknown background illumination powers from a closed system of 15 equations with respect to them and 10 unknown optical characteristics of atmospheric aerosol.
Физические принципы, на которых основаны измерения предлагаемым способом, состоят в том, что измеренные мощности эхо сигналов связаны с оптическими характеристиками атмосферы известным лидарным уравнением с учетом фоновой засветки. На основе этого уравнения разработаны новые, ранее не использовавшиеся расчетные алгоритмы для определения оптических характеристик. В этих алгоритмах корректно учтены влияющие факторы.The physical principles on which measurements are based on the proposed method are that the measured echo signal powers are related to the optical characteristics of the atmosphere by the known lidar equation taking into account background illumination. Based on this equation, new, previously unused computational algorithms for determining optical characteristics are developed. In these algorithms, influencing factors are correctly taken into account.
Пример реализации способа.An example implementation of the method.
В пунктах
Трасса, проходящая через точки
В точках посылки осуществляют прием эхо сигналов:At the points of sending receive echo signals:
в точке
в точке
в точке
в точке
в точке
Принятые и скорректированные эхо сигналы накапливают. определяют характеристики неоднородной атмосферы zi из системы уравнений (4).Received and corrected echo signals accumulate. determine the characteristics of the inhomogeneous atmosphere z i from the system of equations (4).
Обоснование существенности признаков. Как следует из описания, каждый из указанных признаков необходим, а вся их неразрывная совокупность достаточна для достижения технического результата - повышения точности измерений за счет более корректного учета влияющих факторов.Justification of the materiality of the signs. As follows from the description, each of these signs is necessary, and their entire inextricable combination is sufficient to achieve a technical result - to increase the accuracy of measurements due to a more correct consideration of the influencing factors.
Обоснование изобретательского уровня. Заявляемый способ был проанализирован на соответствие критерию «изобретательский уровень». Для этого были исследованы близкие признаки известных решений как в данной, так и в смежных областях техники. Так по источнику [3] был выявлен признак приема эхо-сигналов от общего рассеивающего объема неоднородной атмосферы. Однако в этом известном решении [3] общий рассеивающий объем атмосферы принадлежит трассам зондирования, проходящим не менее чем по трем неколлинеарным направлениям. Именно благодаря такому осуществлению посылок в атмосферу световых импульсов из точек, разнесенных в пространстве, достигается технический результат способа [3]. В заявляемом же способе общий рассеивающий объем атмосферы принадлежит двум трассам зондирования, причем осуществляют посылку световых импульсов по дополнительным трассам, каждая из которых пересекает все предыдущие трассы, с общим числом не менее пяти трасс.Justification of inventive step. The inventive method was analyzed for compliance with the criterion of "inventive step". To this end, close features of known solutions have been investigated both in this and related fields of technology. So, according to the source [3], a sign of receiving echo signals from the total scattering volume of the inhomogeneous atmosphere was revealed. However, in this well-known solution [3], the total scattering volume of the atmosphere belongs to sensing paths passing in at least three noncollinear directions. Thanks to such an implementation of sending to the atmosphere of light pulses from points spaced in space, the technical result of the method is achieved [3]. In the claimed method, the total scattering volume of the atmosphere belongs to two sensing paths, and they send light pulses along additional paths, each of which crosses all previous paths, with a total number of at least five paths.
Таким образом, по мнению заявителя и авторов, предлагаемое техническое решение способа определения прозрачности атмосферы в своей неразрывной совокупности признаков является новым, явным образом не следует из уровня техники и позволяет получить важный технический результат - повышение точности определений за счет более корректного учета влияющих факторов.Thus, in the opinion of the applicant and the authors, the proposed technical solution to the method for determining the transparency of the atmosphere in its inextricable combination of features is new, does not explicitly follow from the prior art and allows one to obtain an important technical result - improving the accuracy of determinations due to a more correct consideration of influencing factors.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. №390401. Способ определения прозрачности атмосферы/1. A.S. No. 390401. The method of determining the transparency of the atmosphere /
Ковалев В.А. - Бюллетень изобретений №30, 1973.Kovalev V.A. - Bulletin of inventions No. 30, 1973.
2. А.с. №1597815 А1, МКИ 5 G01W1/00. Способ определения показателя ослабления атмосферы/ Егоров А.Д., Емельянова В.Н.- Опубл. 07.10.90, Бюллетень изобретений №37 (прототип).2. A.S. No. 1597815 A1, MKI 5 G01W1 / 00. A method for determining the rate of atmospheric attenuation / Egorov A.D., Emelyanova V.N. - Publ. 10.10.90, Bulletin of inventions No. 37 (prototype).
3. А.с. №966639. Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред/ Сергеев Н.М., Кугейко М.М., Ашкинадзе Д.А. Бюллетень изобретений №38, 1982.3. A.S. No. 966639. The method for determining the optical characteristics of scattering media / Sergeev N.M., Kugeiko M.M., Ashkinadze D.A. Bulletin of inventions No. 38, 1982.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011143951/28A RU2495452C2 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011143951/28A RU2495452C2 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011143951A RU2011143951A (en) | 2013-05-10 |
RU2495452C2 true RU2495452C2 (en) | 2013-10-10 |
Family
ID=48788539
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011143951/28A RU2495452C2 (en) | 2011-10-31 | 2011-10-31 | Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2495452C2 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU966639A1 (en) * | 1981-03-16 | 1982-10-15 | Научно-Исследовательский Институт Прикладных Физических Проблем Им.Акад.А.Н.Севченко | Method of determining dispersive media optical characteristics |
SU1597815A1 (en) * | 1987-07-15 | 1990-10-07 | Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова | Method of determining attenuation index of atmosphere |
WO2011016892A2 (en) * | 2009-05-15 | 2011-02-10 | Michigan Aerospace Corporation | Range imaging lidar |
RU2009144060A (en) * | 2009-11-27 | 2011-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологически | METHOD FOR DETERMINING ATMOSPHERE TRANSPARENCY |
-
2011
- 2011-10-31 RU RU2011143951/28A patent/RU2495452C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU966639A1 (en) * | 1981-03-16 | 1982-10-15 | Научно-Исследовательский Институт Прикладных Физических Проблем Им.Акад.А.Н.Севченко | Method of determining dispersive media optical characteristics |
SU1597815A1 (en) * | 1987-07-15 | 1990-10-07 | Главная геофизическая обсерватория им.А.И.Воейкова | Method of determining attenuation index of atmosphere |
WO2011016892A2 (en) * | 2009-05-15 | 2011-02-10 | Michigan Aerospace Corporation | Range imaging lidar |
RU2009144060A (en) * | 2009-11-27 | 2011-06-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологически | METHOD FOR DETERMINING ATMOSPHERE TRANSPARENCY |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011143951A (en) | 2013-05-10 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN106383207A (en) | Computing method applied to atmospheric aerosol mass concentration horizontal route distribution | |
RU2439626C2 (en) | Method of determining atmospheric characteristics | |
CN102564909A (en) | Laser self-mixing multi-physical parameter measurement method and device for atmospheric particulate | |
CN110006848B (en) | Method and device for obtaining extinction coefficient of aerosol | |
Banakh et al. | Measurements of turbulent energy dissipation rate with a CW Doppler lidar in the atmospheric boundary layer | |
Ando et al. | All-fiber coherent Doppler lidar technologies at Mitsubishi Electric Corporation | |
CN106291590A (en) | The method calculating whole atmosphere aerosol optical depth based on lidar measurement data | |
Smalikho | Calculation of the backscatter amplification coefficient of laser radiation propagating in a turbulent atmosphere using numerical simulation | |
Banakh et al. | Determination of optical turbulence intensity by atmospheric backscattering of laser radiation | |
CN106706566B (en) | A kind of calculation method of laser radar detection SEQUENCING VERTICAL visibility | |
CN104007088B (en) | The measuring method of back scattering laser radar geometric factor | |
RU2495452C2 (en) | Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere | |
Loureiro et al. | The distribution of wall shear stress downstream of a change in roughness | |
RU2441261C1 (en) | Method for optical atmospheric probing | |
RU2538028C1 (en) | Method for multi-position determination of optical atmospheric characteristics | |
RU2650797C1 (en) | Method for determining transparency of inhomogeneous atmosphere | |
RU2473931C1 (en) | Method for optical probing inhomogeneous atmosphere | |
RU2624834C2 (en) | Method of distant optical probing of inhomogeneous atmosphere | |
RU2404435C1 (en) | Method for real-time remote determination of wind speed and direction | |
Iwasaki et al. | Characteristics of aerosol and cloud particle size distributions in the tropical tropopause layer measured with optical particle counter and lidar | |
RU2547474C1 (en) | Method for remote sounding of non-homogeneous atmosphere | |
Collis | Lidar for routine meteorological observations | |
RU2560026C1 (en) | Method for remote determination of transparency of region of inhomogeneous atmosphere | |
Gasch et al. | Advancing airborne Doppler lidar wind profiling in turbulent boundary layer flow–an LES-based optimization of traditional scanning-beam versus novel fixed-beam measurement systems | |
CN208076024U (en) | Water body optical attenuation coefficient measuring device |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20181101 |