RU839386C

RU839386C - Method of acoustic-optical probing device for atmosphere

Info

Publication number: RU839386C
Application number: SU802864234A
Authority: RU
Inventors: Н.П. Красненко; Л.Г. Шаманаева
Original assignee: Институт Оптики Атмосферы Томского Филиала Со Ан Ссср
Priority date: 1980-01-04
Filing date: 1980-01-04
Publication date: 1992-12-23

Description

Изобретение относитс к метеорологии и может быть использовано дл измерени таких параметров атмосферы, как температура и скорость ветра.The invention relates to meteorology and can be used to measure atmospheric parameters such as temperature and wind speed.

Целью изобретени вл етс увеличение дальности измерени параметров атмосферы параметров дистанционным способом.The aim of the invention is to increase the range of measurement of atmospheric parameters of parameters remotely.

Поставленна цель достигаетс тем, что в исследуемый слой атмосферы посылают лазерное импульсное излучение, принимают возникающий акустический импульс, а об искомых параметрах суд т по интервалу времени между посылкой лазерного и приемом акустического сигнала.The goal is achieved by the fact that laser pulsed radiation is sent to the atmospheric layer under study, the resulting acoustic pulse is received, and the desired parameters are judged by the time interval between the laser sending and the acoustic signal receiving.

На частоте, отличной от частоты первого лазерного импульса на величину частоты звукового диапазона, параллельно посылают лазерный импульс, перекрывающийс с ним на заданной высоте.At a frequency different from the frequency of the first laser pulse by the value of the frequency of the sound range, a laser pulse is sent in parallel, overlapping with it at a predetermined height.

В атмосфере при одновременном распространении двух коаксиальных монохроматических лазерных излучений с близкими частотами f i и f2 в области их перекрыти в результате взаимодействи лазерных излучений будет генерироватьс мощное акустическое излучение с частотой (fi - fz). направление распространени которогоIn the atmosphere, with the simultaneous propagation of two coaxial monochromatic laser radiations with close frequencies f i and f2 in the region of their overlap, powerful acoustic radiation with a frequency (fi - fz) will be generated as a result of the interaction of the laser radiations. direction of distribution of which

перпендикул рно оси лазерных пучков, а фронт волны цилиндрический. Осуществл посылку лазерных импульсов под углом п к поверхности земли, можно зарегистрировать акустический импульс, возникающий на дальности I посылки лазерного излучени , помеща акустической приемник на рассто нии hi от лазерных передатчиков на поверхности земли и ориентиру его приемную антенну перпендикул рно оси лазерных излучений.perpendicular to the axis of the laser beams, and the wave front is cylindrical. By sending laser pulses at an angle n to the surface of the earth, it is possible to detect an acoustic pulse arising at a distance I of sending laser radiation by placing the acoustic receiver at a distance hi from the laser transmitters on the ground and orienting its receiving antenna perpendicular to the axis of the laser radiation.

На фиг.1 изображено устройство, осуществл ющее данный способ, где 1 и 2 лазерные передатчики, оси излучени которых параллельны, а диаграммы направленности перекрываютс в заштрихованной области, 3 - остронаправленный акустический приемник, антенна которого ориентирована перпендикул рно ос м лазерных передатчиков, hi - рассто ние между лазерными передатчиками и акустическим приемником .Figure 1 shows a device that implements this method, where 1 and 2 laser transmitters, the radiation axes of which are parallel and the radiation patterns overlap in the shaded area, 3 is a pointed acoustic receiver, the antenna of which is oriented perpendicular to the axes of the laser transmitters, hi - distance between laser transmitters and acoustic receiver.

Из геометрии фиг.1 следует: R Itg п, hi iVi + tg а - Следовательно, акустический импульс, возникающий на дальности I посылки лазерного импульса, можно зарегистрировать , помеща акустический приемник на рассто нии hi I Vi 4- tg rt ТакFrom the geometry of figure 1 it follows: R Itg p, hi iVi + tg a - Therefore, the acoustic pulse arising at a distance I of sending a laser pulse can be detected by placing the acoustic receiver at a distance hi I Vi 4-tg rt So

как скорость звука много меньше скорости света, можно считать, что акустический импульс возникает одновременно с посылкой лазерных импульсов. Фиксиру врем прихода акустического импульса, можно определить врем прохождени t звуковым импульсом известного рассто ни R hislna Скорость распространени звука Сзв R/t hisin a/t св зана со средней абсолютной температурой (Т) сло атмосферы известным соотношением: Сэв 20,06х xvT При осуществлении одновременных разнесенных в пространстве измерений задержек можно измерить профиль абсолютнойтемпературы ,помеща остронаправленные акустические приемники на различных рассто ни х hi от лазерных передатчиков. Дл определени величины и направлени скорости ветра необходимо провести три измерени , разнесенные в горизонтальной плоскости. Источником звука в данном способе зондировани будет одновременно вс область перекрыти лазерных излучений, и может считать, что цилиндрическа звукова волна возникает однрвременно вдоль всей оси области перекрытий лазерных пучков. Частоты излучени лазеров выбираютс так, чтобы (fi - f2 ) -faK, где faK - рабоча частота звукового диапазона .as the speed of sound is much less than the speed of light, we can assume that the acoustic pulse occurs simultaneously with the sending of laser pulses. By fixing the time of arrival of an acoustic pulse, it is possible to determine the transit time t of a sound pulse of a known distance R hislna The sound propagation velocity Cb R / t hisin a / t is related to the average absolute temperature (T) of the atmosphere layer by a known ratio: Сev 20.06x xvT At the same time, the delays spaced in the measurement space can be used to measure the absolute temperature profile by placing highly directional acoustic receivers at various distances hi from the laser transmitters. In order to determine the magnitude and direction of the wind speed, it is necessary to carry out three measurements spaced horizontally. The sound source in this sounding method will simultaneously be the entire region of overlap of laser radiation, and may assume that a cylindrical sound wave occurs simultaneously along the entire axis of the region of overlap of laser beams. The laser frequencies are chosen so that (fi - f2) -faK, where faK is the operating frequency of the audio range.

Выбор периода повторени ti лазерных импульсов обусловлен конечным временемThe choice of the repetition period ti of laser pulses is determined by the finite time

распространени акустической волны. Дл пространственной селекции импульсов звука при данной дальности I посылки лазерного излучени необходимо, чтобыacoustic wave propagation. For spatial selection of sound pulses at a given range I of sending laser radiation, it is necessary that

акустический импульс успевал регистрироватьс приемником до посылки следующих лазерных импульсов. Среднее врем прохождени звуком трасы R Itg а составл ет tcp ttg а/Со, где со -средн скорость звука . Следовательно, период повторени ti лазерных импульсов должен быть больше tcp,the acoustic pulse had time to register with the receiver before sending the next laser pulses. The average transit time R Itg a of a sound is tcp ttg a / Co, where co is the average speed of sound. Therefore, the repetition period ti of laser pulses must be greater than tcp,

т.е. tiR/Co.those. tiR / Co.

Дл работы используютс устройства, изображенное на фиг.2, где 1 - лазер, работающий на частоте fi, 2- лазер, работающий на частоте h, 4 - синхронизатор, 5 - остронаправленна антенна акустического приемника , в качестве которой может быть использована решетка электроакустическихFor operation, the devices shown in FIG. 2 are used, where 1 is a laser operating at a frequency fi, 2 is a laser operating at a frequency h, 4 is a synchronizer, 5 is a highly directional antenna of an acoustic receiver, which can be used as an electroacoustic array

преобразователей, 3 - акустический приемник , 6 - измеритель интервалов времени , 7 - вычислительное устройство, которое может быть реализовано на базе любой ЭВМ.transducers, 3 - an acoustic receiver, 6 - a measuring device for time intervals, 7 - a computing device that can be implemented on the basis of any computer.

Преимуществом предлагаемого способа вл етс существенно больша дальность зондировани , а также возможность использовани в качестве источников обычных лазеров, серийно выпускаемых промышленностью . Кроме того, существенно уменьшаетс энергоемкость системы.An advantage of the proposed method is a significantly longer sensing range, as well as the possibility of using conventional lasers commercially available from industry as sources. In addition, the energy consumption of the system is significantly reduced.

//. 2//. 2