RU1217074C - Method of determining structural characteristic of atmospheric turbulence - Google Patents

Method of determining structural characteristic of atmospheric turbulence

Info

Publication number
RU1217074C
RU1217074C SU823553271A SU3553271A RU1217074C RU 1217074 C RU1217074 C RU 1217074C SU 823553271 A SU823553271 A SU 823553271A SU 3553271 A SU3553271 A SU 3553271A RU 1217074 C RU1217074 C RU 1217074C
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
atmospheric turbulence
structural characteristic
radiation
determining structural
image
Prior art date
Application number
SU823553271A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
М.С. Беленький
А.А. Макаров
В.В. Покасов
Original Assignee
Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср filed Critical Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср
Priority to SU823553271A priority Critical patent/RU1217074C/en
Application granted granted Critical
Publication of RU1217074C publication Critical patent/RU1217074C/en

Links

Landscapes

  • Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
  • Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)

Description

II

Изобретение относитс  к области атмосферной оптики и может быть использовано дл  определеии  оптических и метеорологических параметров атмосферы.The invention relates to the field of atmospheric optics and can be used to determine the optical and meteorological parameters of the atmosphere.

Цель изобретени  - увеличение то нocти, -.оперативности и дальности измерений структурной характеристики атмосферной турбулентности.The purpose of the invention is to increase the speed, efficiency and range of measurements of the structural characteristics of atmospheric turbulence.

На фиг. 1 изображена бистатичес- ка  схема устройства дл  реализации предложенного способа; на фиг. 2 - моност тическа  схема указанного устройства.In FIG. 1 shows a bistatic diagram of a device for implementing the proposed method; in FIG. 2 is a monostatic diagram of said device.

Способ заютючаетс  в том,, что источник 1 непрерывного (фчг.1) лазерного излучени  направл ет с помощью телескопической оптической системы 2 под зенитным углом б пучок излучени  через слои турбулентной атмосферы длиной .L в исследуемый рассеивающий объем 3 длиной 1, где пучок рассеиваетс  на частицах аэрозол  и, возвратйвншсь назад, попадает в приемную систему 4. В фокальной плоскости приемной линзы устанавливаетс  фотоприемьшк устройства 5 измерени  случайных смещений изображени .The method is confirmed by the fact that the source 1 of continuous (phase 1) laser radiation directs the beam of radiation through telescopic optical system 2 at a zenith angle b through layers of a turbulent atmosphere of length .L into the scattering volume 3 under study, length 1, where the beam is scattered by aerosol particles and, returning back, enters the receiving system 4. In the focal plane of the receiving lens, a photodetector of the random image displacement measuring device 5 is mounted.

По -полученным данным с учетом радиуса посылаемого пучка излучени  а, , зенитного угла .0 трассы зондировани  и превьшени  высоты И иссле дуемого рассеивающего объема над высотой источшша цзлучени  суд т о значени х искомого параметра.According to the obtained data, taking into account the radius of the transmitted radiation beam a, zenith angle .0 of the sensing path and exceeding the height And of the scattering volume under study above the height of the radiation source, the values of the sought parameter are judged.

При моностатической схеме ровани  (фиг с 2) импульсньй источник 6 посьшает с помощью оптической системы 7 излучение в исслёдуемьй рассеивающий объем 3. Рассе нное обратно излучение попадает на све- тоделительную пластину 8 и на приемник устройства 9 измерени  случайных смещений изображени , по которому суд т об .исследуемом параметре .In the monostatic roving circuit (FIG. 2), the pulsed source 6 sends, using an optical system 7, the radiation to the scattering volume 3. The backscattered radiation is incident on the beam splitter plate 8 and on the receiver of the random image displacement measuring device 9, according to which it is judged about the investigated parameter.

При посылке в исследуемый объем атмосферы коллимированного лазерного излуче1ш  и приеме обратно рассе нного излучени  прин тый полнь световой поток через объектив приемной системы определ етс  вьфаже- ниемWhen a collimated laser radiation is sent to the atmosphere under study and the backscattered radiation is received, the received light flux through the lens of the receiving system is determined by the flash

. в.. at.

еe

(1)(1)

где величина совпадает с дисперсией случайных смещений изображени  рассеивающего объема на расwhere the value coincides with the dispersion of random displacements of the image of the scattering volume

21707А 21707A

сто нии Ь от источника излучени , а 6 определ ет дисперсию случайных- смещений изображени  прот женного некогерентного источника, размеры 5 которого совпадают с размерами рас- сеивающего объема.distance b from the radiation source, and 6 determines the variance of random displacements of the image of an extended incoherent source, the sizes of 5 of which coincide with the dimensions of the scattering volume.

Первое слагаемое обусловлено случайными искажени ми фазового фронта пучка на пути к рассеиваю- 10 щему объему. Эти искажени  (наклоны фазового фронта) вызьшают случайные изменени  положени  зондирующего пучка в пространстве как целого , следовательно, вызывают дрожй- (5 ние следа пучка и изображени  рассеивающего объема.The first term is due to random distortions of the phase front of the beam on the way to the scattering volume. These distortions (tilts of the phase front) cause random changes in the position of the probe beam in space as a whole, therefore, cause trembling (5th trace of the beam and the image of the scattering volume.

Второе слагаемое св зано с искажени ми фазы волны иа пути от рас20 сеивающего объема к приемной системе . Таким образом, дрожание изображени  определ етс   влени ми - дрожанием зондирующего пучка на рас- сто нииЧ от передатчика и дрожани25 ем изображени  прот женного некоге- рентного источника, размеры которого совпадают с размерами объема рассе ни .. The second term is related to phase distortions of the wave and the path from the scattering volume to the receiving system. Thus, the jitter of the image is determined by the effects of jitter of the probe beam at a distance from the transmitter and jitter of the image of an extended incoherent source, the sizes of which coincide with the dimensions of the scattering volume.

При бистатической схеме-зондиро- вани  (фиг.1) с непрерьшным (полностью когерентным) лазерным источником ( Ч. 3, f - угол расходимости пучка) выражение (1) прийи- мает вид . 35иIn a bistatic probing scheme (Fig. 1) with an uninterrupted (completely coherent) laser source (Part 3, f is the beam divergence angle), expression (1) takes the form. 35i

6 Versec0Jc(t){(l-t|HAoL(i-t|H)}dt, 6 Versec0Jc (t) {(l-t | HAoL (i-t | H)} dt,

где сС 0,86 (/QO Г Ьо80 ; С- дпина рассеивающего объема, Р d + where сС 0.86 (/ QO Г Ло80; С - dsp of the scattering volume, Р d +

; fg-,. угол пол  зрени  при- емной системы, определ емый размером полевой диафрагмы; 9 - зенитный угол трассы; d - диаметр приемника; С1о радиус посыпаемого ла зерного пучка; С (t) - структурна  характеристика показател  прелоиле- ки  атмосферной турбулентности; И - превьщ1ение исследуемого объема над источником излучени ; t- переменна  ; fg- ,. the field of view angle of the receiving system, determined by the size of the field diaphragm; 9 - zenith angle of the track; d is the diameter of the receiver; С1о radius of the sprinkled laser beam; C (t) is the structural characteristic of the exponent of atmospheric turbulence; And - conversion of the test volume over the radiation source; t- variable

50 ийтегрировани . . 50 integration. .

В этой схеме зондировани  изображение рассеива снцего объема представл ет собой прот женную свет щуюс  нить с продольным размером, равнымIn this sounding scheme, the scattering image of the bulk volume is an extended luminous filament with a longitudinal size equal to

55 F /L. ,и поперечнь1м - Р,/,, где F - фокусное рассто ние приемной линзы, а Е., . Измер   значени  дис персии б| (Ь) дл  дискретного55 F / L. , and cross-section m - Р, / ,,, where F is the focal distance of the receiving lens, and E.,. Measuring the value of dispersion b | (B) for discrete

набора значени  высот рассеивающего об ьема .над- подстилающей поверхностью bj ( j 1,2,...,h), из интегрального уравнени  восстанавливают высотный профиль. As the height of the scattering volume above the underlying surface bj (j 1,2, ..., h) is set, the altitude profile is restored from the integral equation.

При Р О.О (продольный размер . рассеивающего объема много больше; поперечного) за Счет усреднени  фазовых флуктуации, по прот женному не-, когерентному источнику дисперси  6, ста новитс  мала по сравнению с б (о1 « 1), поэтому слагаемым вида Ы (1 -t /Н) в подынтегральном вьфажении в формуле (2) можно пренебречь. При этом интегральное уравнение дл  определе ни  принимает видAt Р ОО (the longitudinal size of the scattering volume is much larger; transverse) due to the averaging of phase fluctuations, over an extended non- coherent dispersion source 6, it becomes small compared to δ (σ1 «1), therefore, a term of the form (1 -t / H) in the integrand in the formula (2) can be neglected. In this case, the integral equation for determination takes the form

1010

-.2-.2

f5 f5

С нСь.)C nc.)

ftч(Р о) и формула (2) принимает в ftch (P o) and formula (2) takes in

p(h)Ma«s c0JcJ)ri-l/H) dt. (3) .,4 -1/3 r% ,,f ., ,г . о бf-- . o„secв C a).(-)o.ierp (h) Ma «s c0JcJ) ri-l / H) dt. (3)., 4 -1/3 r% ,, f.,, G. about bf--. o „secв C a). (-) o.ier

E случае слаборасход щегог.  пу ка, когда средний размер пучка на рассто нии L от излучател  р,, ((.) остаетс  близким к своему начальн му размеру, т.е; (L) - о, дис перси  .дрожа1ш  изображени  следа пучка в рассеивающей среде ёр и параметр С, св заны простьп-от л нейными (буо «С) соотношени ми вида (2), ГЗ).E case of low flow rate. bunch, when the average beam size at a distance L from the emitter p ,, ((.) remains close to its initial size, i.e.; (L) - o, the dispersion of the trembling image of the beam trace in the scattering medium ery and parameter C, connected by simple-to-linear (buo "C) relations of the form (2), GB).

В других же случа х при РьСЬ)« или Pj ( св зь б . и е становитс  нелинейной. tIn other cases, when PbCb), or Pj (bond b and e becomes non-linear.

При моностатической схеме .зонд ровани , т.е. в случае импульсног источника (фиг.2), величина Е сов падает с размером зондирующего пу ( С Од) и формула (2) принимает в With a monostatic design, a roving probe, i.e. in the case of a pulsed source (figure 2), the value of E sov decreases with the size of the probing pu (C Od) and the formula (2) takes

Выбор в качестве зондирующего пучка слаборасход щегос  ( У 3) типа излучени  позвол ет повысить точ-. Кость , оНеративность измерени  С, а также дальность зондировани .The choice of a type of radiation that is slightly divergent (U 3) as the probe beam allows an increase in the accuracy. Bone, Measurement irrelevance C, and sensing range.

(Р о) и формула (2) принимает в(P o) and formula (2) takes in

.,4 -1/3 r% ,,f ., ,г . бf-- . o„secв C a).(-)o.ier., 4 -1/3 r% ,, f.,, G. bf--. o „secв C a). (-) o.ier

E случае слаборасход щегог.  пучка , когда средний размер пучка на рассто нии L от излучател  р,, ((.) остаетс  близким к своему начальному размеру, т.е; (L) - о, дисперси  .дрожа1ш  изображени  следа пучка в рассеивающей среде ёр и параметр С, св заны простьп-от линейными (буо «С) соотношени ми вида (2), ГЗ).E case of low flow rate. beam, when the average size of the beam at a distance L from the emitter p ,, ((.) remains close to its initial size, i.e.; (L) - o, dispersion. shaking image of the beam trace in the scattering medium is ep and parameter C, are connected by simple-to-linear (buo "C) relations of the form (2), GB).

В других же случа х при РьСЬ) или Pj ( св зь б . и е становитс  нелинейной. tIn other cases, when PbCb) or Pj (connection b. And e becomes non-linear.

При моностатической схеме .зондировани , т.е. в случае импульсного источника (фиг.2), величина Е совпадает с размером зондирующего пучка ( С Од) и формула (2) принимает вид With a monostatic sounding scheme, i.e. in the case of a pulsed source (figure 2), the value of E coincides with the size of the probe beam (C Od) and formula (2) takes the form

: K()-t(W) dt}СМ: K () - t (W) dt} CM

Длина объема рассе ни  и прострайст- . венное разрешение определ ютс  длительностью импульса. The length of the volume is scattered and simple. The apparent resolution is determined by the pulse duration.

Составитель с.Непомн ща  Редактор Н.Загребельна  Техред т.Дубинчак К орректор Л.ПилипенкоCompiled by S. Nepomnch. Editor N. Zagrebelna Tehred T. Dubinchak Co-rector L. Pilipenko

Заказ 1090ТиражOrder 1090 Run

ВНИИ1Ш Государственного комитета СССРVNII1Sh of the USSR State Committee

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушска  наб,, д.4/5for affairs of inventions and discoveries 113035, Moscow, Zh-35, Rauska nab., 4/5

Филиал ПШ1 Патент, г.Ужгород, ул.Проектна ,4 Branch PSh1 Patent, Uzhgorod, Project 4,

Фиг. 2FIG. 2

ПодписноеSubscription

SU823553271A 1982-12-22 1982-12-22 Method of determining structural characteristic of atmospheric turbulence RU1217074C (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU823553271A RU1217074C (en) 1982-12-22 1982-12-22 Method of determining structural characteristic of atmospheric turbulence

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
SU823553271A RU1217074C (en) 1982-12-22 1982-12-22 Method of determining structural characteristic of atmospheric turbulence

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU1217074C true RU1217074C (en) 1993-01-30

Family

ID=21049936

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
SU823553271A RU1217074C (en) 1982-12-22 1982-12-22 Method of determining structural characteristic of atmospheric turbulence

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU1217074C (en)

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Авторское свидетельство СССР 386325, кЛ. С 01 N 21/47, 1962. Извести ВУЗов. - Радиофизика, 1981, 24, 3, с.298-302. *

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US8743351B2 (en) Velocity measuring system
US8467044B2 (en) Continuous index of refraction compensation method for measurements in a medium
FI98766C (en) Device and method for measuring visibility and prevailing weather conditions
CN108594257B (en) Speed measuring sensor based on Doppler effect and calibration method and measuring method thereof
NZ229854A (en) Determining transmissivity and depth of water using pulsed laser
CN108020681A (en) A kind of vehicle-mounted laser Doppler anemometer
GB2202626A (en) Particle size measuring apparatus
CN108594258A (en) Amendment type tachogenerator and its calibration based on Doppler effect and measurement method
CN109342758B (en) Speed measuring sensor
RU1217074C (en) Method of determining structural characteristic of atmospheric turbulence
TUDOR et al. LiDAR sensors used for improving safety of electronic-controlled vehicles
FR2750215A1 (en) OPTICAL VELOCIMETRIC PROBE
CN208596228U (en) Velocity sensor based on Doppler effect
CN108801377A (en) A kind of Optical devices for specialized fluids flow velocity and flow measurement
Anders et al. Simultaneous in situ measurements of size and velocity of burning droplets
FR2953933A1 (en) ASSISTED BI-STATIC ANEMOMETRIC PROBE
Meggitt et al. Fibre optic anemometry using an optical delay cavity technique
RU2790930C1 (en) Method for determining vertical intensity profile of optical turbulence in atmosphere
RU1297599C (en) Method of measuring speed of wind
CN110471079B (en) Light quantum speed measuring telescope and speed measuring method
SU702839A1 (en) Method of determining structural characteristics of refraction index
Maatta et al. High-accuracy liquid level meter based on pulsed time of flight principle
CN115166283A (en) Device for measuring particle speed under strong background interference by using modulated laser
SU1179757A1 (en) Method for remote measurement of laser beam diameter
WO1999006853A1 (en) Lidar system