SU1153276A1 - Устройство дл измерени структурной характеристики показател преломлени атмосферы - Google Patents

Abstract

УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащее источник излучени , фокусирующую линзу, последовательно соединенные сканирующий фотодетектвр, расположенный приемной поверхностью в фокальной плоскости фокусирующей линзы, аналого-цифровой преобразователь , блок преобразовани  кодов и первый счетчик, последовательно соединенные блок пам ти, схему совпадени  кодов, второй счетчик и блок управлени  сканированием, выходом подключенный к сканирующему фотодетектору , а также регистрирующий прибор , отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено последовательно соединенными обнаружителем сигналов, первым электронным ключом, блоком осреднени , дополнительным блоком пам ти и схемой вычитани , а также вторым электронным ключом, выход которого соединен с входом схемы вычитани , выход которой подключен к регистрирующему прибору, первому блоку пам ти и входу схемы совпадени  кодов, при этом вход обнаружи (Л тел  сигналов соединен с выходом подключенного к блоку управлени  сканирующего фотодетектора, а выходс входом второго электронного ключа , входы электронных ключей соединены с выходом первого счетчика, а вход блока осреднени  - с выходом второго счетчика.

Description

I Изобрете ше относитс  к атмос} )ерной оптике и может быть использовано дл  измерени  оптических характеристик атмосферы, а также дл  исследовани  степени разрушени  когерентности оптических пучков при распространении в атмосфере. Известны устройства дл  измерени  структурной характеристики показател  преломлени  атмосферы (С) содержащие источник излучени , фокусирующую линзу в фокальной плоскости которой размещена вертикальна  щель и фотоприемник, соединенны с блоком регистрации среднего светового потока. Физической основой измерений указанными устройствами  вл етс  изменение когерентности световой волны при распространении в турбулентной атмосфере, что приво дит к размытию дифракционного п тна в фокусе линзы.. Степень уменьшени  когерентности пол  определ ют по величине уменьшени  светового поток через вертикальную щель, расположен ную в энергетическом центре т жести дифракционного п тна ij . Недостатками известных устройств  вл ютс  низка  точность измерени  С(, и сложность юстировки оптической системы. Низка  точность измере ний обусловлена вли нием фоновой засветки, котора  искажает соотношение между полной интенсивностью светового потока и интенсивностью светового потока прошедшего через щель. Кроме того, смещение энергетического центра т жести светового; п тна относительно жестко св занной с опт 1ческой осью щели приводит к значительному завьпиению значени  .измер емой величины С. Наиболее близким к изобретению  вл етс  устройство дл  измерени  структурной характеристики показател  преломлени  атмосферы, содержащее источник излучени , фокусирующую линзу, последовательно соединенные сканирующий фотодетектор (диссектор), расположенный приемной поверхностью в фокальной плоскости фокусирующей линзы, аналого-цифровой , преобразователь, блок преобразовани  кодов и первый счетчик, последовательно соединенные блок пам ти , схему совпадени  кодов, второй счетчик и блок управлени  скаНИрОВаНИГ М , выходом подключи-ПНЬП к 76 сканирующему фотодетектору, а также регистрирующий прибор 2 . Измерение структурной характеристики показател  преломлени  атмосферы ( с помощью указанного устройства происходит следующим образом . Световой пучок, сформированньй источником излучени  и прошедший измерительную трассу в атмосфере, фокусируетс  линзой в плоскости сканирующего фотодетектора, например диссектора с щелевой апертурой, длина которой превышает максимально возможный размер изображени  источника. При сканировании раскрывом щели светового п тна, сформированного на фотокатоде диссектора, на аноде формируетс  видеоимпульс Uc(t) и площадь, ограниченна  огибающей видеоимпульса, пропорциональна полному световому потоку, падающему на линзу. Поэтому, интегриру  видеосигнал за период кадровой,развертки Т,, формируют напр жение U,, пропорциональное полному световому потоку If, (t)dt. В течение второго кадра сканировани  (развертки текущее напр жение сравниваетс  с половиной измеренного в течение первого кадра напр жени  и до момента осуществлени  равенства ч |и (t)dt I Unл в момент времени tц щелева  апертура диссектора совмещаетс  вертикальным сечением энергетического центра т жести изображени  источника и производитс  измерение напр жени , пропорционального световому потоку, прошедшему через щелевую апертуру 1. По измеренному значению СГц, отнесенному к полному потоку If,, можно определить значение . , {с5|2е4-оА2«) (О oPccos -ifl-iZjV др -i lx-.Mo(iH. D,(2Rb2.9C;,K x(2R):, радиус фокусирующей линзы; 1:и1Л 1О юе число; длина волны источника излучени ; фокусное рассто ние фокусирующей линзы; длина измерительной трассы; ширина щелевой апертуры. При работе в реальной атмосфере отношение ц./ мен етс  за счет вли нии фоновых засветок, обусловленных фоном дневного или ночного неба, или фоном от других источников света, что приводит к значительньм погрешност м при измерении При сканировании щелевой апертурой диссектора измеренный световой поток через щель определ етс  соотношением . ц..ф. ) а измеренный полный поток - соотно шением n. где U 3:,j, .п,и йТ.д, - добавки за счет ф новых засветок. Причем вли ние й1г,ф на изменени очень велико, так как эта до бавка накапливаетс  в течение всего кадра, а размер изображени  все да меньше длительности кадра, т.е ) - й1ц.Ср. При отношении сигнал/шум, равном 5, и при условии, что в кадре из 256 дискретовизображение занимает 100 дискретов, легко установить , что погрешность при измерени ц/3„ составл ет 25-30%. При уве личении фоновых засветок, которые уменьшают отношение сигнал/шум, и при уменьшении размера изображени  погрешность возрастает. При сканировании светового п тна за период кадровой развертки на выходе диссектора формируетс  видеосигнал, пропорциональный интенсивност м фо кального светового п тна и фоновой засветки. Причем при длительных су точных измерени х С уровень фоно засветки мен етс . Это приводит к посто нно мен ющейс  погрешности п измерени х структурной посто нной показател  преломлени.  атмосферы 64 счет измекепин отношени  1,,/1 св занного с характеристикой турбулентности . Цель изобретени  - повышение точности измерений структурной характеристики показател  преломлени  атмосферы. Поставленна  цель достигаетс  тем, что устройство, содержащее источник излучени , фокусирующую линзу, последовательно соединенные сканирующий фотодетектор, расположенный приемной поверхностью в фокальной плоскости фокусирующей линзы, аналого-цифровой преобразователь (АЦП), блок преобразовани  кодов и первый счетчик , последовательно соединенные блок пам ти, схему совпадени  кодов, второй счетчик и блок управлени  сканированием , выходом подключенньй к сканирующему фотодетекторуj а также регистрирующий прибор, снабжено последовательно соединенными обнаружителем сигналов, первым электронным ключом, блоком осреднени ,.дополнительным блоком пам ти и схемой вычитани , а также вторым электронным ключом, выход которого соединен с входом схемы вычитани , выход которой подключен к регистрирующему прибору , первому блоку пам ти и входу схемы совпадени  кодов, при этом вход обнаружител  сигналов соединен с выходом подключенного к блоку управлени  сканирующего фотодетектора , а выход - с входом второго электронного ключа, входы электронных ключей соединены с выходом первого счетчика, а вход блока осреднени  - с выходом второго счетчика, На фиг. 1 представлена структурна  схема устройства; на фиг. 2 временные диаграммы, по сн ющие его работу. Устройство содержит источник I излучени , фокусирующую линзу 2, в фокальной плоскости которой расположена приемна  поверхность сканирующего фотодетектора 3, соединенного с последовательно расположенными АЦП Д, блоком 5 преобразовани  кодов, первьй счетчиком 6, а также с обнаружителем 7 сигналов, подключенным к вторым входам двух элек- . , тронных ключей 8 и 9, первые входы которых соединены с выходом первого счетчика 6, последовательно соединенные схему 10 вычитани  кодов, блок II пам ти, схему 12 совпаде$ ни  кодов, второй пчетчик 13, блок управлени , выходом подключенный к фотодетектору 3, а также регистрирующий прибор 15 и последовательно соединенные блок 16 осреднени  и дополнительный блок 17 пам ти , выходом подключенный к второму входу схемы 10 вычитани , причем выход фотодетектора 3 подключен к входу обнаружител  7 сигналов выход схемы 10 вычитани  кодой подключен к второму входу схемы 12 совпадени  кодов и к вькоду perticTрирующего прибора 15, второй выход второго счетчика 13 подключен ft второму входу блока 16 осреднени , а другие входы блока 16 осреднени  и схемы 10 вычитани  соединены с выходами первого и второго электрон ных ключей соответственно. Устройство работает следующим образом. Световой пучок, сформированный источником 1 излучени  и прошедший турбулентную атмосферу, фокусирует с  линзо : 2 в приемной плоскости сканирующего фотодетектора 3, например диссектора с щелевой апертурой . В блоке 14 управлени  форми руетс  напр жение кадровой разверт ки (фиг. 2, крива  а), импульсы тактовой частоты (фиг. 2, крива  в и кадровые синхроимпульсы (фиг. 2, крива  г), с помощью которых осуществл етс  прив зка во времени работы всех блоков устройства. Фор мируемый на выходе фотодетектора (диссектора) 3 при сканировании дифракционного изображени  видеосигнал (фиг. 2, крива  8)в виде им пульсов положительной пол рности с частотой кадров поступает на вход АЦП 4, работающего по схеме неразр дного кодировани ; вместе с ним на вход АЦП 4 поступает сигнал, об словленный фоновой засветкой фотодиода диссектора 3. После преобразовани  с выхода АЦП 4 информаци  о распределении интенсивности в ди фракционном изображении и об уровне фоновой засветки в виде двоичного параллельного кода поступает на блок 5 преобразовани  кодов, гд осуществл етс  преобразование пара лельного двоичного кода в числоимпульсный код, который накапливаетс  в счетчике 6. 66 При отсутствии видеоимпульса, т.е. пока вырезывающа  апертура диссектора не совместилась с дифракционным изображением, на вторые входы электронных ключей 8 и 9 поступает с обнаружител  сигнал низкого уровн , который открывает ключ 8 и закрывает ключ 9. Код, пропорциональный накопленному за врем  сканировани  фону, поступает в блок 16 осреднени , на второй вход которого поступает текуща  сумма тактовых импульсов с выхода счетчика 13. При совмещении вырезывающей апертуры диссектора с краем дифракционного изображени  срабатывает обнаружитель 7, на выходе которого формируетс  положительный пр моугольный импульс, передним фронтом которого закрьгааетс  электронный ключ 8 и открываетс  электронный ключ 9. Синхроимпульс обнаружител , соответствующий переднему фронту, очищает первый счетчик 6, подготовив его к н коплению данных о распределении интенсивности в сечении дифракционного изображени  источника 1 излучени . Одновременно в блоке 16 осреднени  путем делени  кода, равного накопленному фону, на код, равный сумме тактовых импульсов, вычисл етс  средний ypoEieHb фона за такт преобразовани  (развертки). Это значение запоминаетс  в блоке 17 пам ти на врем , равное длительности импульса обнаружител  (р вной длительности видеоимпульса). В течение этого времени текущее значение амплитуды видеоимпульса, подсчитанное по тактам в первом счетчике 6, поступает через открытый электронный ключ 9 на первый вход схемы 10 вычитани , на второй вход которой поступает код, равный среднему уровню фона за такт преобразовани . Очищенна  от фqнa в схеме 10 вычитани  информаци  накаливаетс  в блоке 11 пам ти и регистрирующем приборе 15. Задним фронтом импульса обнаружител  7 обнул етс  первый счетчик 6, закрываетс  ключ 9 и открываетс  ключ 8. момент вреени в блоке 11 пам ти и в регистрирующем приборе имеетс  информаци  о полной интенсивности 3 дифракционного изображени  источника, причем эта информаци  очищена от фоновой засветки. В течение с.иедующеч-о кпдра цикл измерени  фона повтор етс , а при срабатывании обнаружител  7 информа (1и , поступающа  с выхода схемы 10 вычитани , поступает на второй вход схемы 12 совпадени  кодов, на первый вход которой поступает полови на информации 3./2, запомненной в блоке 11 пам ти. При совпадении кодов на выходе схемы 12 совпадени  ко дов формируетс  логический перепад, фиксирующий момент времени 1ц, в который совмещаетс  сканирующа  щелева  апертура фотодетектора 3 с сечением энергетического центра т жести изображени  источника 1. Этот пе репад запрещает счет тактовых импульсов , который производитс  во втором счетчике 13 от.начала кадра до по влени  логического перепада на выходе схемы 12 совпадени  кодов По окончании счета на блок 14 управлени  с выхода счетчика 13 посту пает импульс запрета зарвертки и до конца кадра с фотодетектора 3 на блок АЦП 4 и обнаружитель 7 поступает сигнал, пр мо пропорциональный интенсивности светового потока 1 в эргергетическом центре т жести изображени . После преобразовани  в блоках 4 и 5 эта информаци  посл4 счетчика 6 через открытый ключ 9 поступает на схему 10 вычитани , где очищаетс  от фона и затем поступает в регистрирующий прибор 15. Таким образом, в течение двух кадров в регистрирующем приборе 15 происходит запись значений полного светового потока 1 и потока 1ц через щель, совмещенную с непрерывно отслеживаемым сечением энергетического центра т жести дифракционного изображени  источника 1, причем как значение J,,, так и значение Зц не содержат фоновой составл ющей . В регистрирующем приборе 15 вычисл етс  отношение 1ц/1п и определ етс  значение С„. Предлагаемое устройство позвоЛ ет повысить точность измерени  С., за счет устранени  погрешностей, св занных с вли нием фоновых засветок .

ИрезК.

Ifr

UoSn.

синхр,

сигнала

Синхроимпульс

тдра

. Сишроин- I /пильс 2клю-

Синхроимпульс 1

т срона

fpue.2

Claims (1)

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СТРУКТУРНОЙ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ АТМОСФЕРЫ, содержащее источник излучения, фокусирующую линзу, последовательно соединенные сканирующий фотодетектер, расположенный приемной поверхностью в фокальной плоскости фокусирующей линзы, аналого-цифровой преобразователь, блок преобразования кодов и первый счетчик, последовательно соединенные блок памяти, схему совпадения кодов, второй счетчик и блок управления сканированием, выходом подключенный к сканирующему фотодетектору, а также регистрирующий прибор, отличающееся тем, что, с целью повышения точности, оно снабжено последовательно соединенными обнаружителем сигналов, первым электронным ключом, блоком осреднения, дополнительным блоком памяти и схемой вычитания, а также вторым электронным ключом, выход которого соединен с входом схемы вычитания, выход которой подключен к регистрирующему прибору, первому блоку памяти и входу схемы совпадения кодов, при этом вход обнаружителя сигналов соединен с выходом подключенного к блоку управления сканирующего фотодетектора, а выходс входом второго электронного ключа, входы электронных ключей соединены с выходом первого счетчика, а вход блока осреднения - с выходом второго счетчика.

   Л53276