RU2620784C1 - Method of determining atmospheric transparency by steam photometry - Google Patents
Method of determining atmospheric transparency by steam photometry Download PDFInfo
- Publication number
- RU2620784C1 RU2620784C1 RU2016121355A RU2016121355A RU2620784C1 RU 2620784 C1 RU2620784 C1 RU 2620784C1 RU 2016121355 A RU2016121355 A RU 2016121355A RU 2016121355 A RU2016121355 A RU 2016121355A RU 2620784 C1 RU2620784 C1 RU 2620784C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- stars
- atmospheric
- calculated
- transparency
- star
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01N—INVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
- G01N21/00—Investigating or analysing materials by the use of optical means, i.e. using sub-millimetre waves, infrared, visible or ultraviolet light
- G01N21/17—Systems in which incident light is modified in accordance with the properties of the material investigated
- G01N21/59—Transmissivity
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
Abstract
Description
Изобретение относится к метеорологии, фотометрии и спектрофотометрии звезд и может быть использовано для получения информации о прозрачности атмосферы по звездам на вертикальных и наклонных трассах.The invention relates to meteorology, photometry and spectrophotometry of stars and can be used to obtain information about the transparency of the atmosphere for stars on vertical and inclined paths.
Из существующего уровня техники известно несколько различных способов определения прозрачности атмосферы по звездам, физическая сущность которых основана на увеличении поглощения атмосферы с увеличением атмосферной массы на трассе наблюдения звезд. К подобным способам относятся: метод Бугера, метод пары звезд, метод Никонова (метод контрольных звезд), метод Сарычева (А.В. Миронов. Основы астрофотометрии. Практические основы фотометрии и спектрофотометрии звезд.//М. Физматлит, ISBN 978-5-9221-0935-2, 2008 г.). Рассмотрим каждый из названных методов в отдельности.Several different methods are known from the state of the art for determining atmospheric transparency from stars, the physical nature of which is based on increasing atmospheric absorption with increasing atmospheric mass along the stellar observation path. Such methods include: the Bouguer method, the pair of stars method, the Nikonov method (control star method), the Sarychev method (A.V. Mironov. Fundamentals of astrophotometry. Practical principles of photometry and spectrophotometry of stars. // M. Fizmatlit, ISBN 978-5- 9221-0935-2, 2008). Let's consider each of the named methods separately.
Способ определения прозрачности атмосферы по методу Бугера (стр. 224) основан на наблюдении в монохроматическом свете с длиной волны λ в два момента времени Τ1 и Т2 при воздушных массах, равных соответственно М(z1) и M(z2). Разность наблюденных звездных величин, отнесенная к разности соответствующих воздушных масс, даст бугеровский коэффициент атмосферной экстинкции (прозрачность в зенитном направлении).The method for determining atmospheric transparency by the Bouguer method (p. 224) is based on observation in monochromatic light with a wavelength of λ at two time instants Τ 1 and T 2 at air masses equal to M (z 1 ) and M (z 2 ), respectively. The difference in the observed magnitude, referred to the difference in the corresponding air masses, will give the Bougher coefficient of atmospheric extinction (transparency in the zenith direction).
Способ определения прозрачности атмосферы по методу Никонова (стр. 228) заключается в том, что выбирают и многократно измеряют одну (специально выбранную стандартную) звезду, которую называют экстинкционной, а в промежутках между ее наблюдениями - измеряют программные (контрольные) звезды.The method for determining atmospheric transparency by the Nikonov method (p. 228) is that one (specially selected standard) star is selected and repeatedly measured, which is called extinction, and in the intervals between its observations, program (control) stars are measured.
Метод Сарычева (стр. 231) заключается в том, что за короткий промежуток времени изменение прозрачности представляют прямолинейным отрезком. Таким коротким промежутком времени считается интервал, в котором произведено три последовательных измерений различных звезд. Принимается, что за этот промежуток времени можно считать коэффициент экстинкции (прозрачности) линейно изменяющимся со временем.Sarychev's method (p. 231) consists in the fact that over a short period of time the change in transparency is represented by a straight line segment. Such a short period of time is considered the interval in which three consecutive measurements of various stars are made. It is assumed that over this period of time, the extinction coefficient (transparency) can be considered linearly changing with time.
Наиболее близким аналогом из них является способ определения прозрачности атмосферы по парам звезд (стр. 227), заключающийся в том, что осуществляют последовательное наведение телескопа на две звезды, находящиеся на различных зенитных расстояниях с определением их уровня относительной мощности излучения путем регистрации потока света в виде количества фотоэлектронов, приходящего через атмосферу. При регистрации используют фотоэлектронный умножитель (ФЭУ). Полученные при этом данные используют для определения коэффициента прозрачности атмосферы (или - прозрачность в зенитном направлении) из соотношения внеатмосферных величин блеска звезд к их атмосферным массам.The closest analogue of them is a method for determining atmospheric transparency from pairs of stars (p. 227), which consists in sequentially pointing the telescope at two stars located at different zenith distances with determining their level of relative radiation power by recording the light flux in the form the amount of photoelectrons coming through the atmosphere. When registering using a photomultiplier tube (PMT). The data obtained in this case are used to determine the transparency coefficient of the atmosphere (or - transparency in the zenith direction) from the ratio of extra-atmospheric brightness values of stars to their atmospheric masses.
Все приведенные выше способы имеют следующие недостатки:All of the above methods have the following disadvantages:
- не работают в дневное время суток, т.к. в дневных условиях яркий фон атмосферы приводит к насыщению ФЭУ,- do not work in the daytime, because in daytime conditions, a bright background of the atmosphere saturates the PMT,
- не работают в красной спектральной полосе,- do not work in the red spectral band,
- использование при регистрации ФЭУ не позволяет выделить изображение звезды на ярком фоне дневного неба,- the use of PMT during registration does not allow us to select the star image on a bright background of the daytime sky,
- требуется достаточно большое время наблюдения и специальное местоположение с хорошим астроклиматом и вдали от населенных пунктов,- requires a sufficiently large observation time and a special location with a good astroclimate and away from settlements,
- сложность в эксплуатации, требующей использование узкоспециализированного сложного оборудования, громоздкого астрономического телескопа и участия нескольких высококвалифицированных специалистов.- complexity in operation, requiring the use of highly specialized sophisticated equipment, a bulky astronomical telescope, and the participation of several highly qualified specialists.
Технический результат изобретения заключается в расширении функциональных возможностей за счет определения прозрачности атмосферы в любом месте, в любой спектральной полосе и в любое время суток за короткое время наблюдения и обработки. Кроме того, одновременно с этим обеспечивается простота в эксплуатации, компактность и мобильность, позволяющие осуществить оперативную перевозку и монтаж при изменении места испытаний.The technical result of the invention is to expand the functionality by determining the transparency of the atmosphere anywhere, in any spectral band and at any time of the day for a short time of observation and processing. In addition, at the same time, ease of operation, compactness and mobility are ensured, which allow for prompt transportation and installation when changing the test site.
Указанный технический результат достигается тем, что в способе определения прозрачности атмосферы по фотометрии звезд, заключающемся в том, что осуществляют последовательное наведение телескопа, по меньшей мере, на две звезды, находящиеся на различных зенитных расстояниях, определяют их величину относительной мощности излучения путем измерения потока света, приходящего от звезд через атмосферу, и полученные данные используют для определения коэффициента прозрачности атмосферы, новым является то, что при измерении используют прибор с зарядовой связью, на матрице которого получают изображение звезды, а величину относительной мощности излучения определяют рассчитывая яркость в уровнях серого полученного изображения путем суммирования яркости каждого ее отдельного пикселя за вычетом фонового сигнала неба, одновременно с этим измеряют углы между горизонтом и звездами А и В, по которым вычисляют атмосферную массу к звезде
где Ia, Iв - известные заатмосферные мощности звезд А и В;where I a , I в - known transatmospheric powers of stars A and B;
Sa, Sв - рассчитанные в эксперименте относительные мощности излучения звезд.S a , S в - the relative radiation powers of stars calculated in the experiment.
Использование при измерении прибора с зарядовой связью, на матрице которого получают изображение звезды, позволяет выделить изображение звезды на ярком фоне дневного неба за короткое время проведения измерений, что способствует реализации всесуточного контроля прозрачности атмосферы в любом месте и регистрации в красном спектральном диапазоне, а также обеспечивает простоту в эксплуатации, мобильность, и компактность.The use of a charge-coupled instrument for measuring a star image on the matrix makes it possible to isolate the star image against a bright background of the daytime sky for a short measurement time, which contributes to the implementation of daily monitoring of atmospheric transparency at any place and recording in the red spectral range, and also provides ease of operation, mobility, and compactness.
Определение величины относительной мощности излучения по расчету яркости в уровнях серого полученного изображения путем суммирования яркости каждого ее отдельного пикселя за вычетом фонового сигнала неба позволяет количественно определить относительную мощность излучения звезды для дальнейшего расчета коэффициента прозрачности, что также расширяет функциональные возможности устройства и обеспечивает простоту в эксплуатации.Determining the relative radiation power by calculating the brightness in the gray levels of the received image by summing the brightness of each individual pixel minus the background sky signal allows you to quantify the relative radiation power of the star for further calculation of the transparency coefficient, which also extends the functionality of the device and ensures ease of operation.
Измерение углов между горизонтом и звездами А и В, по которым вычисляют атмосферную массу к звезде
Определение коэффициента прозрачности атмосферы Т0 по выражению: где Ia, IB - известные заатмосферные мощности звезд; Sа, SB - рассчитанные в эксперименте относительные мощности излучения звезд, позволяет упростить расчеты и быстро получить текущую информацию по состоянию прозрачности атмосферы в различных областях небесной сферы, что также влияет на расширение функциональных возможностей устройства и обеспечение простоты в эксплуатации.The determination of the atmospheric transparency coefficient T 0 by the expression: where I a , I B - known transatmospheric power of stars; S a , S B - the relative radiation powers of stars calculated in the experiment, simplify calculations and quickly obtain current information on the state of atmospheric transparency in various regions of the celestial sphere, which also affects the expansion of the device’s functionality and ease of operation.
Реализация предлагаемого способа определения прозрачности атмосферы по фотометрии звезд схематично представлена на фиг. 1 и фиг. 2. На фиг. 1 приведена схема регистрации звезд. На фиг. 2 - схема расчета углов. Позициями на фигурах обозначены: 1 - телескоп; 2 - альт-азимутальная монтировка; 3 - штатив; 4 - прибор с зарядовой связью (далее - ПЗС-камера); 5 - персональный компьютер для записи изображений; 6 -персональный компьютер для управления монтировкой телескопа; 7 - угловая высота звезды А; 8 - угловая высота звезды В, 9 - точка наблюдения, 10 - зенит; А, В - звезды.The implementation of the proposed method for determining the transparency of the atmosphere by photometry of stars is schematically represented in FIG. 1 and FIG. 2. In FIG. 1 shows the registration scheme of stars. In FIG. 2 is a diagram for calculating angles. The positions in the figures indicate: 1 - telescope; 2 - alt-azimuth mount; 3 - tripod; 4 - a device with charge-coupled communication (hereinafter - CCD camera); 5 - a personal computer for recording images; 6 - a personal computer for controlling the mounting of the telescope; 7 - angular height of star A; 8 - angular height of star B, 9 - observation point, 10 - zenith; A, B are stars.
Схема включает в себя телескоп 1 с фокусом 1,325 м и диаметром 102 мм. Альт-азимутальная монтировка 2? установленная на штативе 3, выполнена с возможностью ручного и компьютерного управления 6, что позволяет выбирать и устанавливать любую угловую высоту точки наблюдения 9. ПЗС-камера 4 фирмы Watec-Wat-100 N с кремниевой матрицей SONY размером 795(гориз.)×596(вертик.) пикселей и размером одиночного пикселя 8.6 мкм×8,3 мкм размещена на выходе телескопа 1. На входе ПЗС-камеры 4 установлен светофильтр КС-19, выделяющий спектральный участок от λ=700 нм (коротковолновая граница красного фильтра КС-19) до λ=1000 нм (длинноволновая граница спектральной чувствительности кремниевой матрицы), а выход ПЗС-камеры - подключен к персональному компьютеру для записи изображений 5.The scheme includes a
Работа способа осуществляется следующим образом. Для корректного наведения телескопа 1 с помощью персонального компьютера 6 необходимо сначала осуществить наведение и фокусировку по Полярной звезде, которая находится постоянно в одном угловом положении на небесной сфере. После наведения на звезду А телескоп 1 направляет поток света, приходящий от нее через атмосферу, и строит изображение звезды на матрице ПЗС-камеры 4. Затем с помощью персонального компьютера для записи изображений 5 осуществляют запись и вычисляют величину относительной мощности излучения звезды, которую определяют рассчитывая яркость в уровнях серого (далее у.с.) путем суммирования яркости каждого ее отдельного пикселя за вычетом фонового сигнала неба.The method is as follows. To correctly point the
Далее после наведения на звезду В аналогичным образом находим величину относительной мощности излучения, приходящего от звезды В.Further, after pointing to the star B, in a similar way we find the value of the relative radiation power coming from the star B.
Одновременно с этим измеряют углы между горизонтом и угловыми высотами звезд А и В (7, 8), по которым вычисляют атмосферную массу к звезде
На предприятии проведены исследования и эксперименты по представленному способу определения прозрачности атмосферы по фотометрии звезд с достижением вышеуказанного технического результата. В ходе измерений в спектральном диапазоне от λ=700 нм до λ=1000 нм было определено значение коэффициента прозрачности атмосферы в зенитном направлении: Т0, которое составило:The enterprise conducted research and experiments on the presented method for determining the transparency of the atmosphere by photometry of stars with the achievement of the above technical result. During measurements in the spectral range from λ = 700 nm to λ = 1000 nm, the value of the atmospheric transparency coefficient in the zenith direction was determined: T 0 , which amounted to:
- в ночных условиях - Т0=95% (5 июня 2015 г. ) - по 5 парам звезд,- at night - T 0 = 95% (June 5, 2015) - over 5 pairs of stars,
- в дневных условиях - Т0=78% (8 июня 2015 г. ) - по 4 парам звезд.- in daytime conditions - T 0 = 78% (June 8, 2015) - for 4 pairs of stars.
Таким образом, заявляемое изобретение может быть реализовано в любом месте, в любой спектральной полосе и в любое время суток (в том числе и в дневных условиях) за достаточно небольшое время наблюдений и обработки. Кроме того, одновременно с этим обеспечивается простота в эксплуатации, компактность и мобильность, позволяющие осуществить оперативную перевозку и монтаж при изменении места испытаний.Thus, the claimed invention can be implemented anywhere, in any spectral band and at any time of the day (including daytime conditions) for a relatively short time of observation and processing. In addition, at the same time, ease of operation, compactness and mobility are ensured, which allow for prompt transportation and installation when changing the test site.
Claims (4)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016121355A RU2620784C1 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Method of determining atmospheric transparency by steam photometry |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016121355A RU2620784C1 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Method of determining atmospheric transparency by steam photometry |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2620784C1 true RU2620784C1 (en) | 2017-05-29 |
Family
ID=59032021
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016121355A RU2620784C1 (en) | 2016-05-30 | 2016-05-30 | Method of determining atmospheric transparency by steam photometry |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2620784C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2729171C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-08-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method of determining optical thickness of atmosphere |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7265820B1 (en) * | 2005-08-23 | 2007-09-04 | G & A Technical Software, Inc. | Method of determining atmospheric refraction profile using two spatially separated light sources |
CN102032950A (en) * | 2010-10-15 | 2011-04-27 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | Method for measuring coherent length of entire atmosphere by observing stars in daytime |
RU2436133C2 (en) * | 2009-11-13 | 2011-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Night cloud cover sensor |
-
2016
- 2016-05-30 RU RU2016121355A patent/RU2620784C1/en active
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US7265820B1 (en) * | 2005-08-23 | 2007-09-04 | G & A Technical Software, Inc. | Method of determining atmospheric refraction profile using two spatially separated light sources |
RU2436133C2 (en) * | 2009-11-13 | 2011-12-10 | Российская Федерация, от имени которой выступает Министерство обороны Российской Федерации | Night cloud cover sensor |
CN102032950A (en) * | 2010-10-15 | 2011-04-27 | 中国科学院安徽光学精密机械研究所 | Method for measuring coherent length of entire atmosphere by observing stars in daytime |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
А.В. Миронов "Основы астрофотометрии. Практические основы высокоточной фотометрии и спектрофотометрии звёзд", ФИЗМАТЛИТ. 2008 г., стр. 227-228. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2729171C1 (en) * | 2019-12-25 | 2020-08-04 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method of determining optical thickness of atmosphere |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN102853916B (en) | Method and system for conducting remote infrared temperature measurement on coal pile surfaces | |
Zhou et al. | MiCPhot: A prime-focus multicolor CCD photometer on the 85-cm Telescope | |
CN104101297B (en) | Space object dimension acquisition method based on photoelectric observation | |
US20190273850A1 (en) | Hyperspectral Plenoptic Camera | |
CN102752504A (en) | Relative radiation correction method for wide-view-field linear array CCD (Charge Coupled Device) camera | |
Guesalaga et al. | FASS: a turbulence profiler based on a fast, low-noise camera | |
RU2620784C1 (en) | Method of determining atmospheric transparency by steam photometry | |
CN103674237B (en) | A kind of infrared fixed star and sky background cross radiance Calibration Method | |
Iovenitti et al. | Assessment of the Cherenkov camera alignment through Variance images for the ASTRI telescope | |
Krishnamurthy et al. | Precision characterization of the TESS CCD detectors: Quantum efficiency, charge blooming and undershoot effects | |
RU2561231C1 (en) | Method for flight calibration of multispectral space-based equipment | |
RU2506536C2 (en) | Method of subpixel control and tracking of remote object motion | |
Benkhaldoun et al. | Optical seeing monitoring at the Oukaïmeden in the Moroccan high atlas mountains: first statistics | |
Forte et al. | The MOTH II Doppler-magnetographs and data calibration pipeline | |
Li et al. | Optimising the K Dark Filter for the Kunlun Infrared Sky Survey | |
Hu et al. | First scanning Fabry–Perot interferometer developed in China | |
CN108917935B (en) | Temperature measuring equipment and temp measuring method | |
Kotrc | The modernized horizontal spectrograph at the Ondrejov Observatory | |
Guesalaga et al. | FASS results and comparison with SCIDAR and MASS | |
Østensen et al. | Results from Tromso CCD photometry project | |
Anisimova et al. | Analysis of images obtained from space-variant astronomical imaging systems | |
Kudak et al. | QHY-174M-GPS camera as the device for photometry of artificial satellites | |
RU2628991C1 (en) | Method of determination of surface albedo | |
Bai et al. | Upgraded photometric system on the 85-cm telescope at Xinglong station | |
Bará Viñas et al. | Absolute Radiometric Calibration of TESS-W and SQM Night Sky Brightness Sensors |