RU2538028C1 - Method for multi-position determination of optical atmospheric characteristics - Google Patents
Method for multi-position determination of optical atmospheric characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2538028C1 RU2538028C1 RU2013126894/28A RU2013126894A RU2538028C1 RU 2538028 C1 RU2538028 C1 RU 2538028C1 RU 2013126894/28 A RU2013126894/28 A RU 2013126894/28A RU 2013126894 A RU2013126894 A RU 2013126894A RU 2538028 C1 RU2538028 C1 RU 2538028C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- atmosphere
- echo signals
- deflected
- points
- light pulses
- 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 прозрачности 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 transparency of the atmosphere by lidar systems in determining aerosol pollution of the air.
Известен способ оптического зондирования неоднородной атмосферы [1], при котором осуществляют посылку в атмосферу световых импульсов по пересекающимся трассам зондирования, проходящим по неколлинеарным направлениям, осуществляют прием эхо-сигналов, а характеристики атмосферы определяют по мощностям эхо-сигналов с использованием расчетных формул.There is a method of optical sensing of a heterogeneous atmosphere [1], in which light pulses are sent to the atmosphere along intersecting sounding paths passing in noncollinear directions, echo signals are received, and atmospheric characteristics are determined by the power of the echo signals using calculation formulas.
Этот известный способ обладает низкой точностью, поскольку он основан на предположении о возможности дифференцирования эхо-сигналов. Данное предположение не выполняется в условиях реальной неоднородной атмосферы.This known method has low accuracy, since it is based on the assumption of the possibility of differentiation of echo signals. This assumption is not fulfilled in a real inhomogeneous atmosphere.
Наиболее близким к предлагаемому изобретению является известный способ оптического зондирования неоднородной атмосферы [2], при котором осуществляют посылку в неоднородную атмосферу световых импульсов малой длительности и прием эхо-сигналов; обеспечивают коррекцию эхо-сигналов на геометрический фактор лидара; накапливают скорректированные сигналы в течение заданного промежутка времени в зависимости от общей протяженности исследуемого участка.Closest to the proposed invention is a known method for optical sensing of an inhomogeneous atmosphere [2], in which light pulses of short duration are sent to an inhomogeneous atmosphere and echo signals are received; provide correction of echo signals to the geometric factor of the lidar; accumulate corrected signals over a given period of time depending on the total length of the investigated area.
В этом известном решении повышена точность определения характеристик загрязнения неоднородной атмосферы благодаря тому, что эхо-сигналы накапливают в течение заданного промежутка времени в зависимости от общей протяженности исследуемого участка. Однако решение [2] основано на предположении о постоянстве отношения коэффициента обратного рассеяния к коэффициенту ослабления на исследуемой трассе зондирования. Это предположение не выполняется в условиях реальной неоднородной атмосферы.In this known solution, the accuracy of determining the characteristics of pollution of a heterogeneous atmosphere is increased due to the fact that the echo signals accumulate over a given period of time depending on the total length of the investigated area. However, the solution [2] 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.
Техническим результатом изобретения является повышение точности определения характеристик атмосферы за счет корректного учета связи коэффициента обратного рассеяния и коэффициента ослабления.The technical result of the invention is to improve the accuracy of determining the characteristics of the atmosphere by correctly taking into account the relationship between the coefficient of backscattering and the attenuation coefficient.
В предлагаемом способе используют некоторые существенные признаки прототипа, а именно: в нем осуществляют посылку в неоднородную атмосферу световых импульсов малой длительности и прием эхо-сигналов; обеспечивают коррекцию эхо-сигналов на геометрический фактор лидара; накапливают скорректированные сигналы в течение заданного промежутка времени в зависимости от общей протяженности исследуемого участка.In the proposed method, some essential features of the prototype are used, namely: it sends light pulses of short duration into the heterogeneous atmosphere and receives echo signals; provide correction of echo signals to the geometric factor of the lidar; accumulate corrected signals over a given period of time depending on the total length of the investigated area.
Существенными отличительными признаками предлагаемого способа является то, что световые импульсы отклоняют не менее чем в двух точках трассы зондирования в направлениях на общий рассеивающий объем, а для определения прозрачности атмосферы учитывают оптическую толщину участка, заключенного между точками, в которых отклоняют импульсы.Significant distinguishing features of the proposed method is that light pulses are deflected at least at two points of the sensing path in directions toward the total scattering volume, and to determine the transparency of the atmosphere, the optical thickness of the section between the points at which the pulses are deflected is taken into account.
Оптические характеристики загрязнения неоднородной атмосферы, в частности оптические толщиныOptical characteristics of pollution of an inhomogeneous atmosphere, in particular optical thicknesses
где σ - коэффициент ослабления,where σ is the attenuation coefficient,
Ri - расстояние от лидара до точки отклонения импульса,R i is the distance from the lidar to the point of deviation of the pulse,
Δi - расстояние от точки отклонения импульса до рассеивающего объема,Δ i is the distance from the point of deviation of the pulse to the scattering volume,
находят из системы уравнений:found from the system of equations:
где S - мощность сигнала обратного рассеяния, скорректированная на геометрический фактор от лидара.where S is the power of the backscatter signal, corrected for the geometric factor from the lidar.
При этом определяется и постоянная g в степенной связи коэффициента обратного рассеяния с коэффициентом ослабленияIn this case, the constant g is also determined in the power-law relationship of the backscattering coefficient with the attenuation coefficient
Указанные существенные отличия позволяют повысить точность за счет корректного учета связи коэффициента обратного рассеяния и коэффициента ослабления.These significant differences can improve accuracy by correctly taking into account the relationship between the backscattering coefficient and the attenuation coefficient.
Физические принципы, на которых основаны измерения предлагаемым способом, состоят в том, что измеренные мощности эхо сигналов связаны с оптическими характеристиками неоднородной 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.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 an inhomogeneous atmosphere by the known lidar equation. 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 (см. чертеж).An example implementation of the method (see drawing).
В пункте 0 размещают лидар на основе ЛИВО. Излучение зондирующих импульсов осуществляется в горизонтальном направлении 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 R1 от лидара до точки отклонения импульса не превышает 0,3 км. Расстояние между точками отклонения R1 и R2 составляет 0,1 км. Зондирование неоднородной атмосферы осуществляется в вертикальной плоскости. Посылают световые импульсов, которые отклоняют в точке R1 в направлении на рассеивающий объем 1, принимают эхо-сигналы, которые корректируют на геометрический фактор от лидара и накапливают. Посылают световые импульсы, которые отклоняют в точке R2 в направлении на рассеивающий объем 2, принимают эхо-сигналы, которые корректируют на геометрический фактор от лидара и накапливают.In paragraph 0 place the lidar based on LIVO. The radiation of the probe pulses is carried out in the horizontal direction at a working wavelength of 0.69 μm in the window of transparency of water vapor. Pulse energy 0.07 - 0.1 J. Pulse duration 30 ns. The distance R 1 from the lidar to the point of deviation of the pulse does not exceed 0.3 km. The distance between the deviation points R 1 and R 2 is 0.1 km. Sounding of a heterogeneous atmosphere is carried out in a vertical plane. Light pulses are sent, which are deflected at a point R 1 in the direction of the scattering volume 1, echo signals are received, which are corrected for the geometric factor from the lidar and accumulate. Light pulses are sent, which are deflected at the point R 2 in the direction of the scattering volume 2, echo signals are received, which are corrected for the geometric factor from the lidar and accumulate.
По принятым, скорректированным и накопленным эхо-сигналам определяют характеристики неоднородной атмосферы τ1, τ2 из системы уравнений (3) - (8).The received, corrected, and accumulated echo signals determine the characteristics of the inhomogeneous atmosphere τ 1 , τ 2 from the system of equations (3) - (8).
Измерения имеют требуемую точность в случаях, когда результаты определения постоянной g, полученные по расчетным формулам (3) - (8), не зависят значимо от положения рассеивающего объема 1.The measurements have the required accuracy in cases where the results of determining the constant g obtained by the calculation formulas (3) - (8) do not depend significantly on the position of the scattering volume 1.
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, а для определения прозрачности атмосферы учитывают оптическую толщину участка, заключенного между точками, в которых отклоняют импульсы.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 to determine the transparency of the atmosphere, the optical thickness of the section enclosed between the points at which the pulses are deflected is taken into account.
Таким образом, по мнению заявителя и авторов предлагаемое техническое решение ″Способ многопозиционного определения оптических характеристик 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 ″ Method of multi-position determination of atmospheric optical characteristics ″ in its inextricable combination of features is new, does not explicitly follow from the prior art and allows to obtain an important technical result - improving the accuracy of determinations due to more correct accounting of factors.
Источники информацииInformation sources
1. А.с. №966639. Способ определения оптических характеристик рассеивающих сред / Сергеев Н.М., Кугейко М.М., Ашкинадзе Д.А. Бюллетень изобретений №38, 1982.1. 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.
2. А.с. №390401. Способ определения прозрачности атмосферы / Ковалев В.А. - Бюллетень изобретений №30, 1973 (прототип).2. A.S. No. 390401. The method for determining the transparency of the atmosphere / Kovalev V.A. - Bulletin of inventions No. 30, 1973 (prototype).
3. Патент №2439626. Способ определения прозрачности атмосферы / Егоров А.Д., Потапова И.А. Бюллетень изобретений №1, 2012.3. Patent No. 2439626. The method for determining the transparency of the atmosphere / Egorov A.D., Potapova I.A. Bulletin of inventions No. 1, 2012.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126894/28A RU2538028C1 (en) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | Method for multi-position determination of optical atmospheric characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013126894/28A RU2538028C1 (en) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | Method for multi-position determination of optical atmospheric characteristics |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2013126894A RU2013126894A (en) | 2014-12-20 |
RU2538028C1 true RU2538028C1 (en) | 2015-01-10 |
Family
ID=53278185
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013126894/28A RU2538028C1 (en) | 2013-06-11 | 2013-06-11 | Method for multi-position determination of optical atmospheric characteristics |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2538028C1 (en) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN112558108B (en) * | 2020-12-03 | 2022-05-20 | 中国科学院精密测量科学与技术创新研究院 | Laser radar field of view matching method based on geometric factor judgment |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7456970B1 (en) * | 2005-06-17 | 2008-11-25 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Pulse finding apparatus and method |
RU2439626C2 (en) * | 2009-11-27 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологический университет | Method of determining atmospheric characteristics |
RU2441261C1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method for optical atmospheric probing |
RU2473931C1 (en) * | 2011-07-18 | 2013-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" (РГГМУ) | Method for optical probing inhomogeneous atmosphere |
-
2013
- 2013-06-11 RU RU2013126894/28A patent/RU2538028C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7456970B1 (en) * | 2005-06-17 | 2008-11-25 | Itt Manufacturing Enterprises, Inc. | Pulse finding apparatus and method |
RU2439626C2 (en) * | 2009-11-27 | 2012-01-10 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Российский государственный гидрометеорологический университет | Method of determining atmospheric characteristics |
RU2441261C1 (en) * | 2010-10-22 | 2012-01-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method for optical atmospheric probing |
RU2473931C1 (en) * | 2011-07-18 | 2013-01-27 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" (РГГМУ) | Method for optical probing inhomogeneous atmosphere |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2013126894A (en) | 2014-12-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN103293117B (en) | Inversion method of micro-pulse differential absorption lidar water vapor spatial and temporal distribution | |
RU2439626C2 (en) | Method of determining atmospheric characteristics | |
CN106383207A (en) | Computing method applied to atmospheric aerosol mass concentration horizontal route distribution | |
CN110006848B (en) | Method and device for obtaining extinction coefficient of aerosol | |
CN101581786A (en) | Semiconductor laser radar visibility meter | |
CN104316443A (en) | PM2.5 concentration monitoring method based on CCD back scattering | |
CN103076290A (en) | Methods of determining the liquid water content of a cloud | |
CN106291590A (en) | The method calculating whole atmosphere aerosol optical depth based on lidar measurement data | |
CN104792672A (en) | Height distribution detection device and method for PM2.5 mass concentration | |
CN103344611A (en) | Method for measuring aerosol parameters by lateral laser radar based on CCD (charge-coupled device) imaging technology | |
Smalikho | Calculation of the backscatter amplification coefficient of laser radiation propagating in a turbulent atmosphere using numerical simulation | |
CN103968864B (en) | For the maximal phase seemingly Match Analysis of the frequency displacement of Measurement accuracy Brillouin spectrum | |
CN104950294A (en) | Measurement method and system for geometric overlap factor of large and medium sized laser radar | |
CN104007088B (en) | The measuring method of back scattering laser radar geometric factor | |
RU2538028C1 (en) | Method for multi-position determination of optical atmospheric characteristics | |
CN110006849B (en) | Method and device for obtaining extinction coefficient of aerosol | |
RU2441261C1 (en) | Method for optical atmospheric probing | |
RU2547474C1 (en) | Method for remote sounding of non-homogeneous atmosphere | |
CN104330387B (en) | Liquid-level oil contamination measurement system | |
RU2650797C1 (en) | Method for determining transparency of inhomogeneous atmosphere | |
RU2560026C1 (en) | Method for remote determination of transparency of region of inhomogeneous atmosphere | |
RU2473931C1 (en) | Method for optical probing inhomogeneous atmosphere | |
RU2495452C2 (en) | Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere | |
RU2404435C1 (en) | Method for real-time remote determination of wind speed and direction | |
RU2494422C2 (en) | Laser remote evaluation method of instantaneous speed and direction of wind |