SU1260772A1 - Способ определени среднего по трассе показател преломлени воздуха - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к области измерени  рассто ний с помощью элек . тромагнитных волн и может быть использован дл  редукции дальномерных измерений к свободном пространству в метрологии, геофизике, геодезии, машиностроении и т.д. С целью упрощени  процесса измерений без ограничений дальности измерений фиксируют наступление момента изотермии атмосферы цутем отслеживани  во врем  угла полной рефракции симметрично во времени относительно среднего момента tg нулевых вертикальных градиентов температуры воздуха, а средний по трассе показатель преломлени  воздуха определ ют расчетным путем, как среднее из его значений, рассчитанных по метеопараметрам, которые изме р ют на концах трассы в момент tg, когда измеренный угол полной рефракции совпадает с вычисленным. 5 ил. с СП С

Description

Изобретение относитс  к исследовани м физических свойств атмосферы с помощью оптических методов и может быть использовано в метрологии, геофизике , геодезии Дл  редукции свето- дальномерных измерений к свободному пространству.

Цель изобретени  - упрощение процесса измерений без ограничений на дальность измерений.

На фиг.1 изображена траектори  светового луча в атмосфере; на фиг..2- сутЬчный ход радиационного баланса Rg (кал/см ч) и вертикального гра-ЭТ

диента температуры воздуха на

о L

высоте 2 м над землей; на фиг.З - графики выбора периода изотермами в зависимости от ширЪты Cj, времени года, суток и времени захода (восхо- (да) солнца tg; на фиг.4 - типичные кривые дневного хода угла полной рефракции дл  коротких (нижн   крива ) и длинных (верхн   крива ) трасс; на фиг.5 - устройство дл  реализации способа.

При распространении светового луча в атмосфере из-за неоднороднос- тей показател  преломлени  воздуха -в горизонтальном и вертикальном направлени х возникает искривление траектории , которое характеризуют углом полной рефракции d

f dn

J- dz

dn..Ч

dx - -5--, (1)

dn

где -j- - вертйкальньй градиент покаQ .Z

зател  преломлени , завис щий .от координаты X вдоль пр мой, соедин ющей точки 1 и 2 (фиг.1);

L - длина трассы.

Из физики приземного сло  атмосферы .известно, что 2 раза в сутки, примерно в течение 2 ч после восхода и за 2 ч до захода солнца наступают моменты изотермии атмосферы, когда поток тепла с поверхности земли равен потоку тепла, получаемого земной поверхностью от атмосферы. Эти периоды характеризуютс  нулевым градиентом температуры.

УГОЛ полной рефракции принимает определенное значение в момент времени изотермии атмосферы и -это .значение б (tо) можно вычислить.

Градиент показател  преломлени  воздуха опредеп етс  формулой

.2. 1 р (0,0342 . е-.

(2) Подставл   (2) в (1) получим

.,lolP(0,03A2.-gi).

(3)

где Р - давление; Т - температура. Дл  момента изотермии t имеем d :Т /dt О и

79.9-10 - F;.0,0342 , G(tJ -«-j-j-- L

10 Р

т

L.

(4)

Зна  приближенную длину трассы L, по измерени м метеопараметров на концах трассы можно вьмислить изотермический угол полной рефракции по формуле (4). Если измеренное значение угла полной рефракции принимает вычисленное по формуле (4) значение, то момент изотермии точно известен. В этот момент времени

d п dp , 9с.П7 dT

2,7., .

На фиг.4 показаны утренние и вечерние моменты изотермии, когда рассчитанные по формуле (4) углыб совпадают с измеренными. В момент изотермии зависимость среднего показател  преломлени  воздуха от высоты

очень слаба  и выражаетс  линейной функцией. Так, при разности высот 1 м имеет д п пор дка 3 -10. Учитыва , что в горизонтальном направлении по лучу изменение показател  преломлени 

также определ етс  высотой луча над земной поверхностью, можно полагать, что существует слаба  линейна  зависимость показател  преломлени  возду- за вдоль трассы. Поэтому в момент

изотермии можно определить среднее по трассе значение показател  преломлени  воздуха, как среднее из его значений, рассчитанных по метеопара- ь Ьтрам, которые измер ют -на концах

трассы в момент времени tg.

На фиг.5 дана схема интерферометра дл  измерени  угла полной реф-- реакции.,

Интерферометр работает следующим образом.

Излучение лазера 3 последова тель- но пр оходит пол роид 4, объектив 5, 6, диафрагму 7, пластинку Я/2-8, пол роиды 9 и 10, диафрагму 11, пластинку Я/2-12, объектив 13, 14. Система пол роидов и пластинок l /2 приводит к тому, что верхний и нижний пучки разделены и при интерференции в точке 2 приема позвол ют определить угол б , если измерить разность хода 8 интерферирующих лучей б §/Ь (Ь - база интерферометра).

Предложенный способ осуществл ют следуюпщм образом.

В точках 1 и 2 (фиг.1) устанавливают метеорологические приборы дл  измерени  температуры, давлени  и йлажности, а также устройство дл  измерени  полного угла рефракции (фиг.5). В частности, угол полной рефракции можно измерить с помощью интерферометра (фиг.5). Использу 

20 Способ определени  среднего по трассе показател  преломлени  воздуха , включающий измерени  давлени  воздуха и абсолютной температуры п дискретных точках трассы, по которым

график (фиг.З), определ ют приближен-25 рассчитывают средний по трассе пок.з- но момент t. В течение часа, симмет- затель преломлени  воздуха, о т л ич а ю щ и и с   тем, что, с целью упрощени  процесса измерений без ограничений на дальность измерений, 30 измерени  давлени  воздуха и абсолютной температуры провод т на концах трассы, при этом в период времени t, симметричный относительно . момента t нулевых вертикальных гра- 35 диентов температуры воздуха, отслеживают угол/полной рефракции О (t), а средний по трассе показатель преломлени  воздуха определ ют в момент

-о рично во времени относительно t,

производ т измерение угла полной рефракции при одновременном измерении мётеопараметров, По формуле (3) рассчитывают среднее по трассе значение показател  преломлени  йоздуха, в момент когда измеренное значение, б совпадает с рассчитанным по формуле (4)

Точность предложенного способа . можно оценить из следующих соображе- ний. Согласно (2) при точности измерени  б пор дка 4, длине исследуемого участка по вертикали uz 1 м, L 1000 м имеем

... 4..1 йО

о

40

it

L

2 -105-10 м

10

г8

когда измеренный угол полной рефракции совпадает с вычисленным по формуле

б () 2,7 -L,

что вполне I удовлетвор ет потребное- , т м метрологии на современном уровне 45

Таким образом, предложенный способ благодар  новым операци м: отслеживанию во времени угла полной рефракции, симметрично во времени

относительно среднего Момента t нулевых вертикальных градиентов трмпе- ратуры воздуха, измерению MeTCH inapa- метров на концах трассы - обладает техническими преимуществами в сравнении с известными, а именно процесс измерени  упрощаетс ,, так как метеоизмерени  необходимо проводит) только на концах трассы, дл  измерени 

угла рефракции можно использовать простые устройства. Способ относитс  к дистанционным способам определени  показател  преломлени  воздуха и может быть использован на трассах

со сложным рельефом подстилающей поверхности .

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   Способ определени  среднего по трассе показател  преломлени  воздуха , включающий измерени  давлени  воздуха и абсолютной температуры п дискретных точках трассы, по которым

   рассчитывают средний по трассе пок.з- затель преломлени  воздуха, о т л и

   о

   40

   , 45

   когда измеренный угол полной рефракции совпадает с вычисленным по формуле

   б () 2,7 -L,

   где L - длина трассы, м;

   Р - среднее давление воздуха, мбар;

   Т - средн   абсолютна  температура воздуха, °С.

   .

   Земли

   Фиг. 1

   Кдт/дг,(градус/м}-т

   0U8.2

   f fS 29 13 ZJIOZif 8 22 f 13 2 IS 30 If ПЧислО фиъ.З

   S to 9 to Ю iz 14 16 tomo Фае, 4L //f/f

   Г2 2

   9Jue.5

   Составитель С.Голубев Редактор А.Допинич Техред М.Ходанич

   Заказ 5220/ft Тираж 778Подписное

   ВНИИПИ Государственного комитета СССР

   по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж--35, Раушска  наб., д. 4/5

   Ироизводственно-полиграфическое предпри тие, г.Ужгород, ул.Проектна , 4

   Корректор Л.Пилипенко