RU594819C - Способ и устройство лазерного зондировани атмосферы - Google Patents

Abstract

1.Способ лазерного зондировани  атмосферы путем посылки в атмосферу оптических сигналов с задержкой опорных сигналов на врем , соответствующей заданной дальности зондировани , и приема отраженных эхо сигналов,отличающийс Изобретение относитс  к метеорологи- ескому приборостроению и может быть ис- |.ользовано дл  дистанционного измерени  параметров атмосферы.Известны способы и устройства лазерного зондировани  атмосферы (способы обратного зондировани ), по которым передатчик и приемник размещают на одной платформе, так что база (рассто ние между ос ми передающей и приемной антенн) мала по сравнению с глубиной зондировани . При этом обычно осуществл ют задержку формирующего опорного сигналатем, что, с целью повышени  надежности и коэффициента полезного действи  излучател  сигналов, в атмосферу посылают серию импульсов, излучаемых в режиме свободной генерации твердотельным лазером, а прин тые эхо-сигналы, перемноженные на задержанный опорный сигнал, интегрируют и по результату суд т о параметрах аттуюдфе- ры.2. Устройство дл  осуществлени  способа лазерного зондировани  по п. 1, содержащее источник излучени  в виде твердотельного лазера и приемную часть с фотодетектором, блоком формировани  опорного сигнала, блоком регулируемой задержки и регистрирующим устройством, о т- .личающеес  тем, что оно снабжено коррел тором, подключенным одним входом к фотодетектору, а другим - через блок регулируемой задержки к блоку формировани  опорного сигнала, при этом выход коррел тора св зан с регистрирующим устройством.•на врем , соответствующее заданно^й дальности зондировани .Устройства, реализующие этот способ, содержат источник лазерного излучени  и приемную часть с фотодетектором, блок формировани  опорного сигнала, устройство регулируемой задержки и индикатор.Способ обратного зондировани  характеризуетс  необходимостью зондировать атмосферу очень коротким и очень мощным одиночным импульсом, поскольку длительность импульса определ ет разрешающую способность, а мощность импульса - даль-сл ю4i^ 00ю

Description

ность зондировани . Никакие другие сигналы , кроме одиночного импульса, не подход т дл  обратного зондировани , почему этот способ зондировани  называетс  моноимпульсным . Дл  формировани  одиночного импульса приходитс  использовать твердотельный лазер в режиме модул ции добротности. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  моноим пульсный способ обратного зондировани  и лидарна  система дл  его осуществлени , по которому в атмосферу посылают мощный одиночный зондирующий импульс, который формируют рубиновым лазером с модулированной добротностью. В качестве модул тора добротности используют  чейку Поккельса. Прин тые эхо-сигналы атмосферы , подают на регистрирующее устройство. Однако включение модулирующей  чейки Поккельса усложн ет конструкцию лазерного передатчика и снижает его КПД. Цель изобретени  - повышение надежности и коэффициента полезного действи  излучател  сигналов. Дл  этого по предлагаемому способу в атмосферу посылают серию импульсов, излучаемых в режиме свободной генерации твердотельным лазером , а прин тые эхо-сигналы, перемноженные на задержанный опорный сигнал, интегрируют и по результату суд т о параметрах атмосферы. При этом реализующее способ устройство снабжено коррел тором, подключенным одним входом к фотодетектору приёмной части, а другим-через блок регулируемой задержки к блоку формировани  опорного сигнала, при этом выход коррел тора св зан с регистрирующим устройством ., Таким образом исключаетс  модулирующа   чейка. На фиг. 1 приведена структурна  схема устройства, реализующего предлагаемый способ: на фиг. 2 - структурна  схема устройства дл  измерени  функции взаимной коррел ции. Оно содержит лазер 1, оптическую передающую систему 2, фотодетектор 3, блок 4 регулируемой задержки, оптическую приемную систему 5, фотодетектор б приемной части, перемножитель 7, интегратор 8, регистрирующее устройство 9. В режиме свободной генерации твердотельный лазер излучает серию отдельных оптических импульсов, котора  имеет характер случайной последовательности. Обща  длительность серии пор дка 1 мс, число импульсов в серии пор дка нескольких сотен . Рассто ние между импульсами внутри серии измен етс  случайным образом и может составл ть от О до 10 мкс. Ширина отдельных импульсов пор дка 30-50 не. Использовать показанную на фиг. 2 серию импульсов дл  зондировани  атмосферы при обычном способе приема сигналов невозможно, так как на вход приемника будут одновременно поступать эхо-сигналы от всех импульсов, наход щихс  на различных рассто ни х от лидера, т.е. лидар потер ет разрещающую способность. Однако при коррел ционном приеме эхо-сигналов и при условии, что функции автокоррел ции (ФАК) зондирующей серии импульсов близки к (5-функции, зондирование указанной серии дает тот же результат, что и зондирование одиночным импульсом. При зондировании атмосферы узким одиночным импульсом по существу производитс  измерение импульсной характеристики атмосферы h(t). Однако импульсную характеристику линейной системы можно определить по функции взаимной коррел ции (ФВК) Вху(7) между сигналом на входе системы x(t) и. на выходе y(t), котора  равна Вху(г) / x(t-r)y(t)dt, г где т- задержка входного сигнала относительно выходного. Измерение ФВК в соответствии с приведенной формулой производитс  с помощью коррел тора, состо щего из перемножител  и интегратора (см. фиг. 2). Выходной сигнал лазера в режиме свободной генерации достаточно хорошо удовлетвор ет требованию соответстви  ФАК (5-функции и может быть использован дл  зондировани  атмосферы предлагаемым способом. Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает следующим образом. Лазер 1, работающий в импульсном режиме свободной генерации, через оптическую передающую систему 2 излучает в атмосферу зондирующие импульсы. С помощью фотодетектора получаетс  электрический опорный сигнал, дл  чего на вход фотодетектора необходимо подать часть энергии оптических выходных импульсов лазера. Этого можно добитьс  либо помеща  на выходе лазера делительное зеркало, либо просто располага  фотодетектор вблизи от выхода лазера и использу  рассе нную воздухом часть излучени . Эхо-сигналы атмосферы через оптическую приемную систему 5 поступают на фотодетектор 6, где преобразуютс  в электрические сигналы, подаваемые на один из входов коррел тора, содержащего перемножитель 7 и интегратор 8. На второй вход коррел тора подаетс  опорный сигнал, задержанный в блоке 4 регулируемой задержки на врем  г. Выходной сигнал коррел тора поступает на регистрирующее устройство 9. показани  которого пропорциональны величине отраженного сигнала с

дальности I, Требуема  дальность 1 устанавливаетс  изменением времени задержки г в соответствии с формулой

-

где с - скорость света.

Дальнейша  обработка полученных результатов производитс , как и в известном способе моноимпульсного зондировани .

Фил i