SU1497520A1

SU1497520A1 - Способ определени структурной характеристики показател преломлени атмосферы

Info

Publication number: SU1497520A1
Application number: SU874283149A
Authority: SU
Inventors: Юрий Павлович Байков; Григорий Михайлович Крученицкий; Виктор Николаевич Маринушкин; Александр Владимирович Чалый
Original assignee: Центральная аэрологическая обсерватория
Priority date: 1987-07-13
Filing date: 1987-07-13
Publication date: 1989-07-30

Abstract

Изобретение относитс к области метеорологии и может быть использовано дл измерени структурной характеристики показател преломлени атмосферы. Цель изобретени - повышение точности измерений и увеличение диапазона длин исследуемых трасс. Исследуемую трассу зондируют лазерным излучением, прошедшее излучение фокусируют, выдел ют из него два потока излучени , которые пропускают через маски с линейноизмен ющимс светопропусканием в одном направлении и посто нным - в другом. Маски повернуты одна относительно другой на 90°. Регистриру несколько раз величины основного и выделенных световых потоков, вычисл ют значение дисперсии перемещений энергетического центра изображени источника излучени , по которой суд т об искомой величине. 3 ил.

Description

Изобретение относитс к метеорологии и может быть использовано дл дистанционного измерени структурной характеристики показател преломлени атмосферы дл обеспечени работы лазерных св зных и дальномет- рических систем.

Целью изобретени вл етс повышение точности измерений и увеличени диапазона длин исследуемых трасс.

На фиг.1 приведена функциональна схема устройства, дл осуществлени предлагаемого способа; на фиг.2 - маска, устанавливаема перед фотоприемниками; на фиг.З - временные диаграммь, по сн ющие работу устройства .,

Устройство содержит одномодовый лазер 1, электрооптический модул тор 2, блок 3 формировани напр жени дл модул тора, приемную оптическую систему, состо щую из объек-тива 4 и

микроскопа 5 с микрофотонасадкой, полупрозрачные зеркала 6 и 7., маски

.8 и 9, фотоприемники 10 - 12, резонаторы 13 - 15, усилители 16 - 18,, детектирующие устройства 19 - 21, устройства 22 - 24 выборки хранени , аналого-цифровой преобразователь 25.

.HSi.

СП

3149

блок 26 управлени , микро-ЭВМ 27, регистрирующее устройство 28.

Способ осуществл ют следующим образом ,

Непрерывное излучение одномодово- го лазера 1 модулируетс по интенсивности в электрооптическом моду,11 - торе 2 с частотой и глубиной моду,л - ции, задаваемыми блоком 3 формирова- ни иапр жени , Модулированное излу- чение посылаетс в исследуемую среду в направлении приемной части устройства . Прошедшее через среду излучение фокусируетс объективом 4, фокальна плоскость которого совмещена с предметной плоскостью микроскопа 5 с мик- рофотонасадкой. В плоскости изображени микроскопа 5 с микрофотонасад- кой установлен фотоприемник 11.,

Кроме того, на оптической оси приемной оптической системы, состо щей из объектива 4 и MiiKpocKona 5 с микро фотонасадкой, между микроскопом 5 с микрофотонасадкой и фотоприемником 1 расположены два полупрозрачных зеркала 6 и 7 под углом 45° к главной оптической фокальной оси, а в плоскости , образованной приемной оптической системой совместно с полупрозрачшлми зеркалами 6 и 7, помещены маски 8 к

9.Световой поток, прошедший через маску В, поступает на фстоприе.мник

10,а через маску 9 - на фото1 :рие пник 12.

При этом маски 8 и 9 выполнены с коэффициентом пропускани , который измен етс по линейному закону по одной координате и посто нным по другой

о (%- а), --i), ,

де 0 %

коэффициент пропускани , величина которого теоретичес- 45 ки может достигать значени 1 ;

размер маски;

координата, измен юща с от О до а;,Q

И 1(х,у)

11 ITJT

.

k,

сигн резо моду лазе усил ванн щими ступ ки -х ваем ни ющих в со 24 в чени лого цифр ЭВМ числ энер

xdxdy

j I(x,y) dxdy

t - минимальный коэффициент пропускани ;

,- градиент коэффициента пропускани маски.

При этом, если микроскоп 5 с микрофотонасадкой формирует изображение системы координат хоу, то маска 8 имеет переменное пропускание по оси X, а маска 9 по оси у.

Токи фотоприемников 10 - 12 i,, i, ij соответственно определ ютс следующими выражени ми:

а а i, k,J{ I(x,y,t) dx dy;

act

i, I(x,y,1:)((x-a)t,-i-to) dx dy;

00

на

,jj I(x,y,t)((y-a)1. +oj dx dy,

о О

где I(x,y,t) - значение освещенности в плоскости изображени в точке с координатами (х,у) в момент времени t;.

k,,k, k - посто нные коэффициенты , учитывающие поглощение света в оптических элементах и квантовую эффективность фотоприемников 10-12о

С выходов фотрприемников 10 - 12 сигналы поступают на соответствующие резонаторы 13 - 15, настроенные на модул ции интенсивности излучени лазера 1 . Усиленные соответствувощими усилител ми 16 - 18 и продетектиро-. ванные соответствующими дет.ектирую- щими устройствами 19-21 сигналы поступают на устройства 22 - 24 выбор- ки -хранени о В моменты времени, задаваемые блоком 26 управлени , значени напр жений на выходах .детектиру-. ющих устройств 19-21 запоминаютс в соответствующих устройствах 22 - 24 выборки-хранени о Затем эти значени напр жений преобразуютс ана- лого-цифровьгм преобразователем 25 в цифровую форму и передаютс в микро- ЭВМ 27, в которой осуществл етс вычисление значений координат ,у энергетического центра изображени

xdxdy

dxdy

.- R-Л;

, лI (Xiy) ydxdy

°« ., . , , + k5 f C-- л

.-, + ((,(,-,,).

it Kx.y) dxdy

k,

Вторые слагаемые в фррмулах имеют посто нное значение и компенсируютс

k5

k,

программным способом., Через инуер- . вал времени, задаваемый программой

с микро-ЭВМ 27, блок 26 управлени выдает импульс управлени на устройства 22 - 24 выборки-хранени и

процесс повтор етс (фи ЭВМ 27 вычисл ет дисперс ний энергетического цент жени

-ГМЗ.

шмм.. itiEjia:

N

где N - число циклов определени положени энергетического центра изоб- рггжени ;

...N - номер измеренн величин интенсивностей потоков излучени . Значение структурной характеристики показател преломлени С определ етс по формуле

о 1

р1

5,68

где DQ - диаметр приемной апертуры;

F - фокусное рассто ние приемной оптической системы, равное произведению фокусного рассто ни объектива и увеличени микроскопа с микро- фотонасадкой;

L - дпина исследуемой трассы. Вычисленное значение Ср выдаетс на регистрирующее устройство 28, например электрифицированную печатающую машинку.

В конкретном варианте реализации способа использовалс лазер типа ЛГ-79-1, работающий в одномодовом - режиме с выходной мощностью мВт. Дл уменьшени вли ни фоновой засветки излучение лазера пропускалось через электрооптический модул тор типа МЛ-102, в котором осуществл лась модул ци интенсивности лазерного излучени по синусоидальному закону с частотой 465 кГц В качестве приемной оптической системы использовалс объектив Юпитер-б. , Изображение источника излучени в фокусе объектива анализировалось с помощью Оптико-электронного блока.Обработка выходных сигналов оптико-электронного блока производилась с помощью специально разработанного электронного блока приемной части, вычисление измер емого параметра С„ производилось микро-ЭВМ Электрони- ка-60 „

процесс повтор етс (фиг,3).Микро- ЭВМ 27 вычисл ет дисперсию перемещений энергетического центра изображени

N

Измерительна трасса имела длину 300 м. Результат измерений

с;; 7,2 10 G.i 0,6 10

- м

-

-U . -2/3

Таким образом, предлагаемый способ определени структурной характеристики показател преломлени атмосферы по сравнению с известными способами позвол ет повысить точность измерени за счет устранени погрешностей приближений метода плавных возмущений дл интенсивности и более полного использовани излучени лазера на приемной стороне, так как на входной диаметр приемной.оптической системы ограничений нет Кроме того, иапазон турбулентньгх толщ, которые огут исследоватьс , неограничен.

Claims

Формула изобретени

0

0

Способ определени структурной характеристики показател преломлени атмосферы, включающий зондирование лазерным источником излучени исследуемой трассы атмосферы и фокусир/о- вание приемной оптической системой прошедшего через исследуемую трассу излучени с формированием изображед ни источника излучени , по которому суд т о структурной характеристике показател преломлени атмосферы, отличающийс тем, что, с целью повышени точности измерений и увеличени диапазона длин исследуемых трасс, при фокусировании прошедшего исследуемую трассу излучени выдел ют из него два дополнительных световых потока излучени , линейно

g ослабл ют интенсивность излуг1ени по площади сечени дополнительных потоков в одном из направлений, причём указанные направлени дл кшкдого из дополнительных потоков излучени ортогональны между собой, регистрируют N раз величины интенсивностей основного и дополнительных потоков излучени , а затем вычисл ют значение дисперсии G перемещений энергетического центра изображени источника излучени по зависимости

|(ilL)4(ilL))

i ffij:::iiL: iiL

/ N - 1

( ) . j -j

N2 1

где о - градиент ослаблени интенсивностей излучени по площади сечени ;

Фиг.1

,...,N - пор дковый номер измерени величин интенсивностей потоков излучени ; i(, i - величины интенсивностей

дополнительных потоков излучени ; i, - величина интенсивности

основного потока излучени ,

и определ ют структурную характеристику показател преломлени атмосферы Cj по формуле

. . C-JDf. п 5,68 F2L

где DIJ - диаметр апертуры приемной

оптической системы; F - фокусное рассто ние приемкой оптической системы; L- - длина исследуемой трассы.

фиг. 2

ч

-ю

.

«NJ

t-5

Составитель С«Голубев Редактор Ю Середа Техред м.Дидык Корректор Т.Малец

Заказ 4436/44

Тираж 789

ВНИИТШ Государственного комитета по изобретени м и открыти м при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушска наб., д. 4/5

-io

Ю

-fo

40

tn

A)

:э &

Й f CM

5 ::з

h

CNl CM

3 :з

Подписное