SU415489A1 - - Google Patents

Description

1

Изобретение предназначено дл  инструментального определени  профилей поверхностей и может быть использовано в метеорологии, геодезии и геофизике.

Известно использование аэрофотосъемки дл  дистанционного определени  геометрических характеристик подстилающих поверхностей , примен ютс  также лазеры с непрерывным излучением, модулированным высокочастотным сигналом. Измерение сдвига фаз модулированного сигнала соответствует изменению формы исследуемой поверхности.

Однако аэрофотосъемку можно проводить только в светлое врем  суток, а расшифровка аэрофотоснимков требует значительных затрат времени.

Измерение с помощью лазера с непрерывным излучением св заны с необходимостью строго фиксировать в момент измерени  рассто ние до исследуемой поверхности, что затрудн ет установку приборов на движущихс  объектах, которые подвергаютс  действию возмущающих факторов, например на самолетах и на искусственных спутниках Земли. Кроме того, мала  моицюсть современных лазеров с непрерывным излучением ограничивает радиус действи  прибора несколькими сотн ми метров.

Дл  увеличени  точности радиуса действи , надежности измерени  с движущихс  объектов , а также устранени  зависимости измерений от времени суток предлагаетс  способ, по которому исследуемую поверхность облучают зондирующими световыми импульсами наносекундной длительности с щириной пучка, соизмери .мой с размерами измер емых неровностей , сопоставл ют ширину отрал енного от поверхности импульса с шириной зондирующего, в зависимости от угла зондировани , по увеличению длительности отралсенного импульса определ ют высоту или длину неровностей исследуемой поверхности.

На фиг. 1 изобрал ена блок-схема лазерного устройства дл  осуществлени  описываемого способа; на фиг. 2 - ход лучей при отралсении их от зондируемой поверхности (нормальное к поверхности иадение лучей); на фиг. 3 - ход лучей при наклонном падении пучка на поверхность; на фнг. 4 - схематизированные осциллограммы импульсов, отраженных от поверхности мор  при различных бальност х волнени .

Оптический квантовый генератор 1 (фиг. 1) излучает колоколообразный импульс, например , длительностью т 30 нсек и монцшстью Р-2МВт. Этог импульс попадает па расщепитель луча 2 II часть его при помощи фотоэлектронного умнолчител  3 запускает регистрирующую аппаратуру 4. Прп этом записываетс  форма падающего пмп льса. Луч, прошедший расщепитель, отражаетс  от зондируемой поверхности 5, а затем попадает на входную оптику б приемной части. Сигнал, продетектированный фотоумножителем, усиливаетс  усилителем 7, а затем поступает на регистрирующую аппаратуру 4.

Дл  определени  высоты неоднородностей (волн) зондирующий луч направл ют нормально к поверхности. Расхождение пучка подбирают так, чтобы диаметр п тна, освещающего поверхность, захватывал не менее одной волны. На оспиллограмме записывают формы излученного и отраженного сигналов и определ ют уширение прин того сигнала по сравнению с падающим из-за различи  оптических путей дл  лучей, отраженных от впадины 8 волны от гребн  9 (фиг. 2).

Высота волны измер емой неровности равна половине измеренного уширени  отраженного импульса:

/г:-(Д,-Д),

где: h - высота волны (рассто ние от гребн  до впадины);

Дг - ширина отраженного импульса;

А - ширина зондируюшего импульса.

Дл  определени  длины волны производ т сканирование зондирующего пучка. Расхождение пучка подбирают так, чтобы диаметр освещенного п тна захватывал не менее двух волн. При падении на поверхность наклонного пучка (угол наклона, например, 45°), разность хода лучей и уширение импульса определ ют и от соседних волн. Отражающие плошадки 10-12 показаны па фиг. 3. При значении угла наклона ,т, уширение отраженного импульса св зано с разностью хода, набегаюшего при отражении лучей от соседних волн. Дл  определени  бкрит производ т сканирование пучка от нормального до скольз щего падени  и определ ют зависимость величины уширени  (Ai-А) от угла падени 

9. Значение 9, соответствующее минимуму кривой есть бкрит. Длина волны L определ етс  по формуле:

(A,-A)sine,

О

где 9 9крит -угол падени  пучка.

В предлагаемом способе все вычислени  ограничиваютс  сравнением формы импульсов

и не требуют строгой фиксации рассто ни  от прибора до поверхности.

Способ опробован в натурных услови х. С борта самолета производилось зондирование морской поверхности с высоты 1-2 км при

различпых погодных услови х. В качестве

примера осуществлени  способа привод тс 

осциллограммы, полученные прн полетах над

морем (фиг. 4).

Отраженный импульс 13 получен при зондировании морской поверхности при отсутствии волнени , импульс 14 - волнение до 2-х баллов , импульс 15 -волнение три балла.

Предмет изобретени 

Способ измерени  геометрических характеристик неровностей водной и других поверхностей путем посылки зондирующих световых сигналов на исследуемую поверхность и сравнени  фазы отрал енного от поверхности зондирующего светового сигнала с фазой излучаемого зондирующего сигнала, отличающийс   тем, что, с целью увеличени  точности, радиуса действи , надежности измерений с движущихс  объектов, на исследуемую поверхность посылают зондирующие световые импульсы наносекундной длительности с шириной пучка, соизмеримой с размерами измер емых неровностей, сопоставл ют ширину отраженного от поверхности импульса с шириной зондирующего и, в зависимости от угла зондировани , по увеличению длительности отраженного импульса определ ют высоту или длину неровностей исследуемой поверхности.

Г

/3

/

/4

vy

15