RU2439626C2 - Способ определения прозрачности атмосферы - Google Patents

Способ определения прозрачности атмосферы Download PDF

Info

Publication number
RU2439626C2
RU2439626C2 RU2009144060/28A RU2009144060A RU2439626C2 RU 2439626 C2 RU2439626 C2 RU 2439626C2 RU 2009144060/28 A RU2009144060/28 A RU 2009144060/28A RU 2009144060 A RU2009144060 A RU 2009144060A RU 2439626 C2 RU2439626 C2 RU 2439626C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
points
atmosphere
echo signals
paths
regions
Prior art date
Application number
RU2009144060/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2009144060A (ru
Inventor
Александр Дмитриевич Егоров (RU)
Александр Дмитриевич Егоров
Ирина Александровна Потапова (RU)
Ирина Александровна Потапова
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологический университет
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 Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологический университет filed Critical Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологический университет
Priority to RU2009144060/28A priority Critical patent/RU2439626C2/ru
Publication of RU2009144060A publication Critical patent/RU2009144060A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2439626C2 publication Critical patent/RU2439626C2/ru

Links

Landscapes

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

Abstract

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано при определении характеристик атмосферы. Сущность: осуществляют посылку в атмосферу световых импульсов из точек, разнесенных в пространстве. Осуществляют прием эхо-сигналов в точках посылки по пересекающимся трассам зондирования. Причем пересекающиеся трассы проходят не менее чем по трем неколлинеарным направлениям. Пересекающиеся трассы образуют две области зондирования. Причем области образуются посредством отрезков между точками их пересечения, имеющих общий рассеивающий объем. Накапливают эхо-сигналы на отрезках, образующих области. Определяют характеристики атмосферы по эхо-сигналам, принятым из точек пересечения трасс и накопленным. Используя расчетные формулы, уменьшают обе области зондирования и повторяют процедуру до задаваемого уровня совпадения двух последовательно полученных результатов определения характеристик атмосферы. Находят прозрачность атмосферы по двум совпавшим, последовательно полученным результатам. Технический результат - повышение точности определения прозрачности атмосферы. 1 ил.

Description

Изобретение относится к области метеорологии, а более конкретно - к способам определения характеристик атмосферы, и может использоваться, например, для измерения прозрачности атмосферы лидарными системами при определении наклонной дальности видимости на аэродромах.
Известен способ определения прозрачности 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.
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 атмосферы.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ определения прозрачности 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 прозрачность атмосферы определяют по мощностям этих сигналов с использованием расчетных формул, уменьшают область зондирования и повторяют процедуру до задаваемого уровня совпадения двух последовательно полученных результатов определения прозрачности атмосферы.
В этом известном решении повышена точность определения характеристик атмосферы благодаря использованию не менее чем трех точек посылки в атмосферу световых импульсов. Однако в дифференциальном решении [2] не учитывается возможность существования значительной горизонтальной неоднородности атмосферы в пределах исследуемой области зондирования в процессе измерений.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения характеристик атмосферы за счет корректного учета атмосферной неоднородности.
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 не менее чем по трем неколлинеарным направлениям; с образованием области зондирования отрезками между точками их пересечения, осуществляют прием эхо-сигналов в точках посылки, а прозрачность атмосферы определяют по мощностям этих сигналов с использованием расчетных формул.
Существенными отличительными признаками предлагаемого способа является то, что осуществляют посылку в атмосферу световых импульсов по дополнительным трассам с образованием дополнительной области зондирования, имеющей общий рассеивающий объем с первой областью, накапливают эхо-сигналы на отрезках, образующих области, определяют характеристики атмосферы по эхо-сигналам, принятым из точек пересечения трасс и накопленным, уменьшают обе области зондирования и повторяют процедуру до задаваемого уровня совпадения двух последовательно полученных результатов определения характеристик атмосферы, по которым находят ее прозрачность.
Оптические характеристики атмосферы, в частности,
Figure 00000001
находят из системы уравнений, записанной для многоугольников, образованных пересечением трасс зондирования по неколлинеарным направлениям
Figure 00000002
где
Figure 00000003
Figure 00000004
Figure 00000005
причем определяется и постоянная с в степенной связи коэффициента обратного рассеяния с коэффициентом ослабления
Figure 00000006
Figure 00000007
мощность сигнала обратного рассеяния, скорректированная на геометрический фактор лидара,
Pi,j - мощность сигнала обратного рассеяния,
Figure 00000008
- геометрический фактор лидара,
А - постоянная лидара,
β - коэффициент обратного рассеяния,
σ - коэффициент ослабления,
Figure 00000009
- радиус-вектор точки посылки световых импульсов и приема сигналов обратного рассеяния (i-й точке расположения приемопередатчика соответствует радиус-вектор
Figure 00000010
, i=1, 2, …),
Figure 00000011
- радиус-вектор зондируемого рассеивающего элемента,
Figure 00000012
- текущий радиус-вектор точки прямой, проходящей через точки i, j,
сi - отрезок
Figure 00000013
, по которому вычисляются интегралы (2),
dr - элемент длины отрезка.
Сущность изобретения пояснена на чертеже. На чертеже представлена схема посылок зондирующих импульсов и приема эхо-сигналов для примера трех приемопередатчиков (лидаров).
Способ реализуют следующим образом.
Приемопередатчики, например лидары 1, 2 и 3, располагают с разнесением в пространстве в точках
Figure 00000014
,
Figure 00000015
и
Figure 00000016
.
Осуществляют посылку световых импульсов в направлении области зондирования, которая ограничена точками
Figure 00000017
(i=1, 2, 3) и в направлении области зондирования, которая ограничена точками
Figure 00000018
(i=1, 4, 5). Эти области зондирования имеют общий рассеивающий объем
Figure 00000019
.
Посылают импульс из точки
Figure 00000020
в направлении на точку
Figure 00000019
по трассе, проходящей также через точки
Figure 00000021
,
Figure 00000022
.
Посылают импульс из точки
Figure 00000023
в направлении на точку
Figure 00000024
по трассе, проходящей также через точку
Figure 00000025
.
Посылают импульс из точки
Figure 00000026
в направлении на точку
Figure 00000027
по трассе, проходящей также через точку
Figure 00000028
.
Посылают импульс из точки
Figure 00000029
в направлении на точку
Figure 00000030
по трассе, проходящей также через точки
Figure 00000031
,
Figure 00000032
.
В точках посылки осуществляют прием эхо-сигналов от отрезков образованных областей зондирования атмосферы.
Принимают сигналы в точке
Figure 00000020
от отрезков, ограниченных точками:
Figure 00000019
,
Figure 00000024
и
Figure 00000019
,
Figure 00000033
. Принимают сигналы в точке
Figure 00000023
от отрезков, ограниченных точками:
Figure 00000024
,
Figure 00000030
и
Figure 00000033
,
Figure 00000032
. Принимают сигналы в точке
Figure 00000029
от отрезков, ограниченных точками:
Figure 00000019
,
Figure 00000030
и
Figure 00000019
,
Figure 00000032
. Принятые эхо-сигналы, скорректированные на геометрический фактор лидара, накапливают. Результат пропорционален:
b1 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000019
,
Figure 00000024
;
b2 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000024
,
Figure 00000030
;
b3 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000019
,
Figure 00000030
;
b4 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000019
,
Figure 00000033
;
b5 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000033
,
Figure 00000032
;
b6 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000019
,
Figure 00000032
.
Величину z1, а следовательно, и коэффициент ослабления, а также величину m находят на основании общего подхода (2) из двух систем уравнений:
Figure 00000034
Figure 00000035
Повторяют процедуру определения величин z1, m. Осуществляют дополнительно посылку световых импульсов в направлении дополнительной области зондирования, которая ограничена точками
Figure 00000036
(i=1, 6, 7).
Посылают импульс из точки
Figure 00000037
в направлении на точку
Figure 00000038
по трассе, проходящей также через точку
Figure 00000039
. Точка
Figure 00000040
расположена на участке, ограниченном точками:
Figure 00000041
,
Figure 00000042
, точка
Figure 00000043
расположена на отрезке, ограниченном точками:
Figure 00000041
,
Figure 00000044
. Принимают сигналы в точке
Figure 00000045
от отрезка, ограниченного точками:
Figure 00000041
,
Figure 00000040
. Принимают сигналы в точке
Figure 00000037
от отрезка, ограниченного точками:
Figure 00000040
,
Figure 00000039
. Принимают сигналы в точке
Figure 00000046
от отрезка, ограниченного точками:
Figure 00000041
,
Figure 00000039
. Принятые эхо-сигналы накапливают. Результат пропорционален:
b7 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000041
,
Figure 00000040
;
b8 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000040
,
Figure 00000039
;
b9 на отрезке, ограниченном точками
Figure 00000041
,
Figure 00000039
.
Величину z1, а также величину m находят из двух систем уравнений: системы (5) и системы
Figure 00000047
Повторяют процедуру до задаваемого уровня совпадения двух последовательно полученных результатов определения величины z1. По этой величине, используя формулы (1) и (3), находят коэффициент ослабления, которым определяется прозрачность атмосферы. При этом учитывается, что параметр D сокращается и выпадает из соотношения, определяющего коэффициент ослабления, как это показано в работе [3] (формула (8)).
Указанные существенные отличия позволяют повысить точность из-за учета возможной неоднородности атмосферы в пределах исследуемого объема, включая изменчивость величины m.
Физические принципы, на которых основаны измерения предлагаемым способом, состоят в том, что измеренные мощности эхо-сигналов связаны с оптическими характеристиками атмосферы известным лидарным уравнением. На основе этого уравнения разработаны новые, ранее не использовавшиеся расчетные алгоритмы для определения оптических характеристик. В этих алгоритмах корректно учтены влияющие факторы.
Пример реализации способа.
В пунктах
Figure 00000048
,
Figure 00000049
и
Figure 00000050
, находящихся на одной прямой, размещают лидары 1, 2 и 3 типа ЛИВО. Излучение зондирующих импульсов осуществляется на рабочей длине волны 0,69 мкм в окне прозрачности водяного пара. Энергия в импульсе 0.07-0.1 Дж. Длительность импульса 30 нс. Расстояние между лидарами 1, 2 и 2, 3 не превышает 0.5 км. Зондирование атмосферы осуществляется в вертикальной плоскости, проходящей через линию размещения лидаров. Осуществляют посылку световых импульсов лидаром 1 по трассе, проходящей через точки
Figure 00000051
,
Figure 00000052
, лидаром 2 - через точки
Figure 00000053
,
Figure 00000054
; лидаром 3 - через точки
Figure 00000055
,
Figure 00000056
с образованием треугольной области зондирования. Осуществляют посылку световых импульсов лидаром 1 по трассе, проходящей через точки
Figure 00000057
,
Figure 00000058
, лидаром 2 - через точки
Figure 00000059
,
Figure 00000060
, лидаром 3 - через точки
Figure 00000061
,
Figure 00000062
с образованием дополнительной треугольной области зондирования. Эти две треугольные области зондирования имеют общий рассеивающий объем
Figure 00000061
. Осуществляют прием эхо-сигналов в точках посылки, их накопление на отрезках, ограниченных точками
Figure 00000061
,
Figure 00000053
;
Figure 00000053
,
Figure 00000054
; …
Figure 00000061
,
Figure 00000060
. По расчетным формулам находят коэффициенты обратного рассеяния и ослабления в точке
Figure 00000061
и степень связи между ними.
Осуществляют посылку световых импульсов лидаром 2 по трассе, проходящей через точки
Figure 00000063
,
Figure 00000064
; тогда область с вершинами
Figure 00000061
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
, уменьшенная область с вершинами
Figure 00000061
,
Figure 00000053
,
Figure 00000054
; область с вершинами
Figure 00000061
,
Figure 00000063
,
Figure 00000064
- уменьшенная область с вершинами
Figure 00000061
,
Figure 00000059
,
Figure 00000060
.
Измерения заканчивают полностью после того, как результаты, полученные по расчетным формулам, перестают отличаться друг от друга в пределах величины заданной погрешности, в данном случае ±30%.
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.
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 [4] был выявлен признак приема эхо-сигналов от общего рассеивающего объема атмосферы. Однако в этом известном решении [4] 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 [4]. В заявляемом же способе общий рассеивающий объем атмосферы принадлежит двум областям зондирования, образованным отрезками трасс между точками их пересечения. Общий для трасс рассеивающий объем атмосферы, например,
Figure 00000063
на чертеже, может не быть общим для областей объемом, например, для областей, ограниченных точками
Figure 00000065
(i=1, 2, 3) и ограниченных точками
Figure 00000066
(i=1, 4, 5).
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.
Источники информации
1. А.С. №390401. Способ определения прозрачности атмосферы / Ковалев В.А. - Бюллетень изобретений №30, 1973.
2. А.С. №1597815 А1. МКИ 5 G01W 1/00. Способ определения показателя ослабления атмосферы // Егоров А.Д., Емельянова В.Н. - Опубл. 07.10.90, Бюллетень изобретений №37 (прототип).
3. Егоров А.Д., Потапова И.А. Лидарные исследования прозрачности атмосферы // Труды НИЦ ДЗА (филиал ГГО), 2004, вып.5 (Тр. ГГО им. А.И.Воейкова, вып.553), с.131-142.
4. А.С. №966639. Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред / Сергеев Н.М., Кугейко М.М. Ашкинадзе Д.А. Бюллетень изобретений №38, 1982.

Claims (1)

  1. Способ определения прозрачности атмосферы, 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 прозрачность атмосферы определяют по мощностям этих сигналов с использованием расчетных формул, отличающийся тем, что осуществляют посылку в атмосферу световых импульсов по дополнительным трассам с образованием дополнительной области зондирования, имеющей общий рассеивающий объем с первой областью, накапливают эхо-сигналы на отрезках, образующих области, определяют характеристики атмосферы по эхо-сигналам, принятым из точек пересечения трасс и накопленным, уменьшают обе области зондирования и повторяют процедуру до задаваемого уровня совпадения двух последовательно полученных результатов определения характеристик атмосферы, по которым находят ее прозрачность.
RU2009144060/28A 2009-11-27 2009-11-27 Способ определения прозрачности атмосферы RU2439626C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144060/28A RU2439626C2 (ru) 2009-11-27 2009-11-27 Способ определения прозрачности атмосферы

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009144060/28A RU2439626C2 (ru) 2009-11-27 2009-11-27 Способ определения прозрачности атмосферы

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009144060A RU2009144060A (ru) 2011-06-10
RU2439626C2 true RU2439626C2 (ru) 2012-01-10

Family

ID=44736213

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009144060/28A RU2439626C2 (ru) 2009-11-27 2009-11-27 Способ определения прозрачности атмосферы

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2439626C2 (ru)

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538028C1 (ru) * 2013-06-11 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ многопозиционного определения оптических характеристик атмосферы
RU2547474C1 (ru) * 2013-10-23 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ дистанционного зондирования неоднородной атмосферы
RU2560026C1 (ru) * 2014-02-10 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ дистанционного определения прозрачности участка неоднородной атмосферы
RU2624834C2 (ru) * 2015-12-29 2017-07-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ дистанционного оптического зондирования неоднородной атмосферы
RU2650797C1 (ru) * 2016-12-16 2018-04-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ определения прозрачности неоднородной атмосферы

Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2495452C2 (ru) * 2011-10-31 2013-10-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ дистанционного оптического зондирования слабо рассеивающей атмосферы

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2538028C1 (ru) * 2013-06-11 2015-01-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ многопозиционного определения оптических характеристик атмосферы
RU2547474C1 (ru) * 2013-10-23 2015-04-10 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ дистанционного зондирования неоднородной атмосферы
RU2560026C1 (ru) * 2014-02-10 2015-08-20 Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ дистанционного определения прозрачности участка неоднородной атмосферы
RU2624834C2 (ru) * 2015-12-29 2017-07-07 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ дистанционного оптического зондирования неоднородной атмосферы
RU2650797C1 (ru) * 2016-12-16 2018-04-17 федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" Способ определения прозрачности неоднородной атмосферы

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009144060A (ru) 2011-06-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
RU2439626C2 (ru) Способ определения прозрачности атмосферы
CN108445471B (zh) 一种单光子激光雷达多探测器条件下的测距精度评估方法
Diao et al. All fiber pulsed coherent lidar development for wind profiles measurements in boundary layers
CN103293117B (zh) 一种微脉冲差分吸收激光雷达水汽时空分布反演方法
CN101581786A (zh) 一种半导体激光雷达能见度仪
CN110006848B (zh) 一种获取气溶胶消光系数的方法和装置
CN105044039B (zh) 一种根据激光雷达数据自动反演水平能见度的方法
CN103076290A (zh) 确定云的液态水含量的方法
CN106291590A (zh) 基于激光雷达测量数据计算整层大气气溶胶光学厚度的方法
Banakh et al. Measurements of wind velocity and direction with coherent Doppler lidar in conditions of a weak echo signal
CN113253301B (zh) 多频脉冲激光雷达信号处理方法及测风雷达系统
CN104007088A (zh) 后向散射激光雷达几何因子的测量方法
Smalikho Calculation of the backscatter amplification coefficient of laser radiation propagating in a turbulent atmosphere using numerical simulation
CN114088124A (zh) 一种基于双边带调制的布里渊光时域反射仪
CN102508225B (zh) 双轴激光遥感仪器地面检测定标系统及检测定标方法
CN210269905U (zh) 一种机载风速测量激光雷达系统
Banakh et al. Determination of optical turbulence intensity by atmospheric backscattering of laser radiation
CN102788678B (zh) 一种海洋湍流参数的非接触测量方法及系统
RU2441261C1 (ru) Способ оптического зондирования атмосферы
Smalikho et al. Comparison of results of joint wind velocity measurements with the stream line and WPL coherent Doppler lidars
RU2650797C1 (ru) Способ определения прозрачности неоднородной атмосферы
RU2538028C1 (ru) Способ многопозиционного определения оптических характеристик атмосферы
RU2495452C2 (ru) Способ дистанционного оптического зондирования слабо рассеивающей атмосферы
RU2473931C1 (ru) Способ оптического зондирования неоднородной атмосферы
RU2624834C2 (ru) Способ дистанционного оптического зондирования неоднородной атмосферы

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20111128

NF4A Reinstatement of patent

Effective date: 20130110

MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20181128