SU966639A1 - Method of determining dispersive media optical characteristics - Google Patents
Method of determining dispersive media optical characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- SU966639A1 SU966639A1 SU813263373A SU3263373A SU966639A1 SU 966639 A1 SU966639 A1 SU 966639A1 SU 813263373 A SU813263373 A SU 813263373A SU 3263373 A SU3263373 A SU 3263373A SU 966639 A1 SU966639 A1 SU 966639A1
- Authority
- SU
- USSR - Soviet Union
- Prior art keywords
- pulses
- directions
- sending
- determining
- optical characteristics
- Prior art date
Links
Landscapes
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Description
(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ОПТИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК, РАССЕИВАЮЩИХ СРЕД (54) METHOD FOR DETERMINING THE OPTICAL CHARACTERISTICS THAT DIFFUSES THE MEDIA
Изобретение относитс к измерению оптических характеристик рассеивающих сред и может быть использовано в метеорологии , гидрологии, а также дл контрол загр знений окружающей среды .The invention relates to the measurement of the optical characteristics of scattering media and can be used in meteorology, hydrology, and also for monitoring environmental pollution.
Известен способ определени оптических характеристик атмосферы, состо щий в том, что 1идарными устройствами , расположенными в вершинах многоугольника, поочередно направл ют зондирующие импульсы вдоль опорных трасс, соедин ющих вершины этого многоугольника и принимают сигналы обратного рассе ни , затем излучают и принимают сигналы обратного рассе ни по трассам, пересекающим опорные, и по величинам сигнгшов. Полученных от рассеивающих объемов, расположенных в месте пересечени трасс.зондировани и опорных, а также величинам сигналов обратного рассе ни , полученных по трассам, суд т о величинах коэффициента ослаблени оптического излучени в заданных 1,A known method for determining the optical characteristics of the atmosphere, which consists in sending 1 probe devices located at the vertices of a polygon, alternating probe pulses along the reference paths connecting the vertices of this polygon and receiving backscatter signals, then emitting and receiving backscatter signals along the routes that cross the reference, and on the values of the Signshov. Obtained from the scattering volumes located at the intersection of the probe sounding and the reference, as well as the values of the backscatter signals received along the paths, are judged on the values of the attenuation coefficient of the optical radiation in given 1,
Однако этот способ позвол ет проводить изтиерени лишь в ограниченной области пространства и характер изуетс недостаточной точностью измереНИН оптических характеристик атмосферы в точках пространства, наход щихс на значительных рассто ни х от опорных участков из-за разброса значений лидарного отношени °по трассе зондировани .However, this method allows erasing only in a limited region of space and the nature of an insufficient accuracy of measurement of the optical characteristics of the atmosphere at points of space that are at considerable distances from the reference sites due to the scatter of the values of the lidar ratio over the sounding route.
Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности вл етс способ определени оптических харак10 теристик рассеивающих сред путем посылки световых импульсов малой длительности , преобразовани рассе нных в обратном направлении с.ветовых импульсов в электрические сигналы The closest to the proposed technical essence is a method for determining the optical characteristics of scattering media by sending light pulses of short duration, converting back scattered light scattering pulses into electrical signals
15 при увеличении усилени прин тых сигналов пропорционально квадрату текущего времени, отсчитываемого с момента посылки светового импульса и одновременного накоплени сигналов 15 when increasing the gain of received signals is proportional to the square of the current time, counted from the moment of sending a light pulse and simultaneous accumulation of signals
20 в течение времени, достаточного дл достижени суммарным сигналом максимально возможного значени при существующих атмосферных услови х 2.20 for a time sufficient for the total signal to reach the maximum possible value under the prevailing atmospheric conditions 2.
Недостатком способа вл етс не25 высока точность определени коэффициента оптического излучени , обусловленна неточным определением величины максимально возможного значени суммарного сигнала в услови х The disadvantage of this method is the low accuracy of determining the optical radiation coefficient, due to inaccurate determination of the maximum possible value of the total signal under conditions
30 реальных измерений из-за чувствительности приемников излучени и конечной прот женности среды и разбросом значений лидарного отношени по тра се зондировани . Цель изобретени - повышение точ ности определени оптических характеристик рассеивающих сред дл произвольно выбранных точек пространства . Цель достигаетс тем, что соглас но способу определени оптических х рактеристик рассеивающих сред путем посылки световых импульсов малой длительности, преобразовани рассе нных в обратном направлении световы импульсов в электрические сигналы при увеличении усилени прин тых сигналов пропорционально квадрату текущего времени, отсчитываемого с момента посылки светового импульса, световые импульсы посылают через исследуемый объем рассеивающей среды поочередно не менее, чем трех неколлинеарных направлений,, по каждому из неколл1 неарных направлений измер ют сигналы обратного рассе ни , определ ют взаимные углы между направ лени ми посылки зондирующих импульсов , а зтем по величинам логарифмических производных сигналов обратно го рассе ни и величинам взаимных углов между направлени ми суд т о величинах коэффициента ослаблени о тического излучени и об относитель ном градиенте коэффициента обратног рассе ни оптического излучени в и следуемом объеме рассеивающей, среды На фиг.1 и 2 представлены схемы, по сн ющие предлагаемый способ. исследуемый объем рассеивающей среды 1, наход щийс в точке , зон дируетс по направлению е лазерным локатором 2 (лидаром), наход щимс в точке К (фигЛ) . Уравнение сигнала обратного рассе ни , поступающего на лидар 2, имеет вид Prt,J)-K|f expj-y|(), ) J где Р ,) - мощность светового сигнала обратного рассе ни , принимаемого от ис следуемого объема при зондировании - лидаром 2 , по направлению €; R - радиус-вектор точки, в которой находитс ли- дар 2 г R - радиус-вектор точки пространства, в которой определ ютс оптические характеристики рассеи вающей среды; ffiUR} - величина коэффициента обратного рассе ни в точке R.; 6(R) величина коэффициента ослаблени оптического -, Gfi;() излучени в точке ; R) . L- - лидарное отношение в g(B) точке t) ; г - текущий радиус-вектор пр мой, преход щей че рез точки и R { R , R ) - оптическа толщина участка Д ; К - посто нна величина, присуща данном лазерному локатору (лидару, определ ема энергетическим потенциалом и не завис ща от внешних условий . Преобразование рассе нных в обратм направлении световьк импульсов электрические сигналы и-уснление их сигналов пропорционально квадратекущего времени равноздачноусинию сигнала Р( ) в ( раз Й;.) Р (R.1) , (3) s(R,e)K(5rt()expU2r е Пусть - текуща координата пр й , проход щей через точки к и , описываемой векторно-параметричесМ уравнением /Д гда выражение (3) можно записать параметрической форме .R,,e)S(f)K(r7C ()exp|-2j e(). итыва , что производна °от интегла с переменным верхним пределом вна подинтегральному выражению, личина логарифмической производй l(t) будет равна t() ( ) . atmi) , 7-- 2(). 30 { t ) - производна по на « правлению с. Так как производна по направлею равна скал рному произведению иничного вектора е заданного наавлени на градиент скал рного поgrad 2К( ), йыра хение (4) можно исать в виде г() UR,t) .. ( if ). При зондировании по произвольному равлению, определ емому единичвектором е, величина логарифмикой производной Ик,)- сигнала атного рассе ни восстановленного30 real measurements due to the sensitivity of the radiation receivers and the final extent of the medium and the spread of the lidar ratio of the sounding path. The purpose of the invention is to improve the accuracy of determining the optical characteristics of scattering media for arbitrarily selected points of space. The goal is achieved in that according to the method of determining the optical characteristics of scattering media by sending light pulses of short duration, converting light pulses scattered in the opposite direction into electrical signals with increasing gain of received signals is proportional to the square of the current time counted from the moment of sending a light pulse, the light pulses are sent through the investigated volume of the scattering medium alternately not less than three non-collinear directions, for each of the non-collides Backward scattering signals are measured, the reciprocal angles between the directions of the sending of probe pulses are determined, and then the values of the attenuation coefficient and the relative attenuation coefficients are determined by the values of the logarithmic backscattered derivatives and reciprocating angles between the directions. The relative gradient of the backscattering coefficient of optical radiation in and the next volume of the scattering medium. Figures 1 and 2 show diagrams explaining the proposed method. The investigated volume of the scattering medium 1, which is located at a point, is dipped in the direction e by the laser locator 2 (lidar), which is located at the point K (figl). The equation of the backscatter signal arriving at lidar 2 is Prt, J) -K | f expj-y | (), J where P,) is the power of the backscattering light signal received from the probed volume during sounding lidar 2, in the direction of €; R is the radius vector of the point where the leader is 2 g; R is the radius vector of the point of space at which the optical characteristics of the scattering medium are determined; ffiUR} is the value of the backscatter coefficient at point R .; 6 (R) is the magnitude of the attenuation coefficient of the optical -, Gfi; () radiation at a point; R). L- is the lidar ratio in g (B) at point t); r is the current radius vector of the straight line passing through the points and R (R, R) is the optical thickness of the section D; K is a constant value inherent in this laser locator (lidar, determined by the energy potential and independent of external conditions. Conversion of pulses scattered in the reverse direction of the light of the pulses electrical signals and the amplification of their signals is proportional to the square current time equal to times R ;.) P (R.1), (3) s (R, e) K (5rt () expU2r e) Let be the current coordinate of the line passing through the points k and described by the vector-parametric equation / D expression (3) can be written in the parametric form .R ,, e) S (f) K (r7C () exp | -2j e (). If it is derived from the integral with a variable upper limit in the integrative expression, the logarithmic product l (t) will be equal to t () (). Atmi), 7-- 2 (). 30 {t) - derivative according to “rule c. Since the derivative along the direction is equal to the scalar product of the eigenvector vector e given pressure on the gradient of the scalar gradient 2K (), the exponentiation (4) can be used in the form of r () UR, t) .. (if). When sounding by an arbitrary ratio, determined by the unit vector e, the magnitude of the derivative of the log, i, is the signal of the atomic scattering of the reconstructed
пропорционально квадрату текущего времени описываетс уравнениемproportional to the square of the current time is described by the equation
,(Д) . .2() (, (D). .2 () (
. ). )
Градиент, как и вс кий другой вектор , можно представить в виде суммы его проекции на базисные вектора в данном пространстве. Следовательно , при зондировании в п-мерном пространстве в выражение (5) входит п. + 1 независима переменна (коэффициент ослаблени g () и п проекций вектора относительно градиента V(R), гдеA gradient, like any other vector, can be represented as the sum of its projection on the basis vectors in a given space. Consequently, when probing in n-dimensional space, expression (5) includes item + 1 independent variable (attenuation coefficient g () and n projections of the vector with respect to the gradient V (R), where
,() - gradOTt (R), () - gradOTt (R)
cnc(Rjcnc (Rj
Таким образом, при определении оптических характеристик рассеивающей среды необходимо использовать п + 1 линейно независимых уравнений .Thus, when determining the optical characteristics of a scattering medium, it is necessary to use n + 1 linearly independent equations.
Рассмотрим случай определени оптических характеристик в двухмерном пространстве, т.е. на плоскости. Дл этого необходимо провести зондирование исследуемого объекта с трех неколлинеарных направлений и решить систему из трех уравнений с трем неизвестными (коэффициентом ослаблени и двум проекци ми Vy , „ век-гора относительного градиента V(R)).Consider the case of determining the optical characteristics in two-dimensional space, i.e. on surface. To do this, it is necessary to probe the object under study from three non-collinear directions and solve a system of three equations with three unknowns (attenuation coefficient and two projections Vy, age-mountain relative gradient V (R)).
Произвольный вектор , задающий направление зондировани , в пол рно . системе координат можно представить следующим образомArbitrary vector defining the direction of sounding in polar. coordinate system can be represented as follows
Т + j S inf . T + j S inf.
Тогда выражение (5) дл плоскости можно переписать в видеThen the expression (5) for the plane can be rewritten as
1 (,е) П, « ) (Т COSY + + sinV )i,y,(f) - 2 Е (Ю (R)1 (, е) П, «) (Т COZY + + sinV) i, y, (f) - 2 Е (Yu (R)
cosif +JV(R) (R). Учитыва , ЧТО скал рные произведе ни i 7(R) V(R) и Т () ) вл ютс проекци ми вектора V(K) на базисные векторы г и , дл величины Е(, / ), полученной при зондировании исследуемого объема под углом V t можно записать следующее выражениеcosif + JV (R) (R). Considering that the scalar products i 7 (R) V (R) and T ()) are the projections of the vector V (K) onto the basis vectors r and, for the value E (, /) obtained by probing the volume under investigation angle V t can write the following expression
1(R, V ) Vx(R)cos «f + 4i (R) sin V -.2 () .1 (R, V) Vx (R) cos f + 4i (R) sin V -.2 ().
Таким образом, при зондировании исследуемого объема по трем различным неколлинеарным направлени м , 1 и е%,,задаваемым, соответственно углами oL , ft VI f , получаем систему из трех линейных независимы уранений с трем неизвестными V(R), 4j (R). € () (фиг.2). 1(1, cL) /x(R)cos cd + V (R) sin ОС- 2 t (R) Thus, when probing the volume under investigation in three different noncollinear directions, 1 and e%, given by, respectively, the angles oL, ft VI f, we obtain a system of three linear independent equations with three unknowns V (R), 4j (R). € () (figure 2). 1 (1, cL) / x (R) cos cd + V (R) sin OS-2 t (R)
1 (R, ) Vx(i)cos fi + V (R) sin ГЬ- 2 e(R) (1 (R,) Vx (i) cos fi + V (R) sin Hb- 2 e (R) (
1(, r) -- /x(R)cosy + V (R) sin T- 2 e()1 (, r) - / x (R) cozy + V (R) sin T- 2 e ()
Главный определитель Л этой системы cos ai s i n ot - 2The main determinant A of this system is cos ai s i n ot - 2
COS p s i n ft - 2 COS p s i n ft - 2
(7) cos-y s i n -y - 2(7) cos-y s i n -y - 2
fi -X . r - /fi -X. r - /
o -ro -r
8:eight:
sinsin
, , S I n 2- S i n 2-
. 2. 2
не равен нулю, при условии, что f . Т , . т.е. в случае зондировани по неколлинеарным направлени м. Зна величины взаимных углов между направлени ми посылки зондируюсщх импульсов А is not equal to zero, provided that f. T, those. in the case of probing along noncollinear directions. Know the magnitude of the mutual angles between the directions of the sending of probe pulses A
г-Ягв о{. -г;с |ъ -oL (фиг.2), получаем вырс1жение дл величины коэффициента ослаблени оптического излучени Mr. Yagw about. -g; c | ъ -oL (Fig. 2), we obtain an increase for the magnitude of the optical attenuation coefficient
g,-S4 С()Sivi А+е(R-tea.)SiyiЪ е(. ,ёгН1и Сg, -S4 С () Sivi А + е (R-tea.) Siyi е (., ЁгН1и С
. 1-siv. |Величины проекций вектора относительного градиента V(R) будут равны . 1 ( -J-J(R, с) (cos f,- (R). 1-siv. | The magnitudes of the projections of the vector of the relative gradient V (R) will be equal. 1 (-J-J (R, s) (cos f, - (R)
2525
+ 1 (R, Р) ( cos ot) + KR.J-) (caso/- cos fi)j. jsin -2-.sih+ 1 (R, P) (cos ot) + KR.J-) (caso / - cos fi) j. jsin -2-.sih
ot--r rot - r r
S I nS n
-l-.|e(R, of.) ( sin /)f -l-. | e (R, of.) (sin /) f
(R) + 1 (, p ) (sin ct- ) + ((R.-ar) (sin(b- sin2r)-jsir(R) + 1 (, p) (sin ct-) + ((R.-ar) (sin (b-sin2r) -jsir
-1-one
ot - rot - r
(9)(9)
vs I nvs i n
Следовательно, зна величины Е (f) и взаимные углы А, В и С между направлени ми зондировани иселедуемого объема, можно определить его оптические характеристики без априор11ЫХ сведений о характере рассеивающей реды.Consequently, the sign of the magnitude of E (f) and the mutual angles A, B, and C between the directions of sounding of the volume being detected, one can determine its optical characteristics without a priori knowledge of the nature of the scattering volume.
Аналогично легко получить выраж ние дл коэффициента ослаблени t(R) и величин проекций вектора относительного градиента в трехмерном пространстве . В этом случае необходимо решитьь систему четырех равнений с четы|Ёэьм неизвестными .(R) и проекци ми V)(, V , V нектора- относительного градиента на базисные вектора i, У, i декартовой системы координат .Similarly, it is easy to obtain an expression for the attenuation coefficient t (R) and the magnitudes of the projections of the relative gradient vector in three-dimensional space. In this case, it is necessary to solve the system of four equations with four | E unknowns. (R) and projections V) (, V, V of the vector - relative gradient on the basis vectors i, Y, i of the Cartesian coordinate system.
Предлагаемый способ не требует максимально возможного значени суммарного сигнала, а значит, не требует проведени зондировани на больие рассто ни , и позвол ет проводить .измерени оптических характеристик при помощи лидаров, имеющих относительно невысокий энергетическийThe proposed method does not require the maximum possible value of the total signal, and therefore does not require probing for large distances, and allows you to measure optical characteristics using lidars having relatively low energy
Claims (2)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU813263373A SU966639A1 (en) | 1981-03-16 | 1981-03-16 | Method of determining dispersive media optical characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| SU813263373A SU966639A1 (en) | 1981-03-16 | 1981-03-16 | Method of determining dispersive media optical characteristics |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| SU966639A1 true SU966639A1 (en) | 1982-10-15 |
Family
ID=20948772
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| SU813263373A SU966639A1 (en) | 1981-03-16 | 1981-03-16 | Method of determining dispersive media optical characteristics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| SU (1) | SU966639A1 (en) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495452C2 (en) * | 2011-10-31 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere |
| RU2547474C1 (en) * | 2013-10-23 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method for remote sounding of non-homogeneous atmosphere |
| RU2560026C1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method for remote determination of transparency of region of inhomogeneous atmosphere |
-
1981
- 1981-03-16 SU SU813263373A patent/SU966639A1/en active
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2495452C2 (en) * | 2011-10-31 | 2013-10-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method for remote optical probing of weakly scattering atmosphere |
| RU2547474C1 (en) * | 2013-10-23 | 2015-04-10 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method for remote sounding of non-homogeneous atmosphere |
| RU2560026C1 (en) * | 2014-02-10 | 2015-08-20 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Российский государственный гидрометеорологический университет" | Method for remote determination of transparency of region of inhomogeneous atmosphere |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Muste et al. | Practical aspects of ADCP data use for quantification of mean river flow characteristics; part I: moving-vessel measurements | |
| US4162630A (en) | Measurement and reconstruction of three-dimensional fluid flow | |
| Lurton | Swath bathymetry using phase difference: Theoretical analysis of acoustical measurement precision | |
| US4148585A (en) | Three dimensional laser Doppler velocimeter | |
| Theriault | Incoherent multibeam Doppler current profiler performance: Part I--Estimate variance | |
| Durst et al. | Optimization of optical anemometers | |
| US4466067A (en) | Multi-detector intensity interferometer and method for processing incoherent radiation signals | |
| Kartashov et al. | Principles of construction and assessment of technical characteristics of multi-frequency atmospheric sodar in the humidity measurement mode | |
| Ziemann et al. | Acoustic tomography in the atmospheric surface layer | |
| Obi et al. | Experimental study on the statistics of wall shear stress in turbulent channel flows | |
| Maleika | The influence of track configuration and multibeam echosounder parameters on the accuracy of seabed DTMs obtained in shallow water | |
| EP0053034B1 (en) | Method of determining stress distribution in a solid body | |
| Rowe et al. | An ocean current profiler using Doppler sonar | |
| US3476483A (en) | Motion measuring apparatus | |
| Sheppard et al. | Analysis of model simulations of spaced antenna/radar interferometer measurements | |
| SU966639A1 (en) | Method of determining dispersive media optical characteristics | |
| Wong et al. | Characterization and decomposition of waveforms for LARSEN 500 airborne system | |
| Zedel et al. | A three-component bistatic coherent Doppler velocity profiler: Error sensitivity and system accuracy | |
| RU2066458C1 (en) | Method for determination of coordinates of electromagnetic field source | |
| Augere et al. | All-fiber 1.5-um CW coherent laser anemometer for in-flight measurements | |
| US9927457B2 (en) | Single beam/detector optical remote cross-flow sensor | |
| Rowe et al. | High resolution current profiler | |
| Wang et al. | Multibeam Line Finding Problem Based on Geometric Analysis and Genetic Algorithm | |
| US20230168079A1 (en) | Method for obtaining the profile of a surface moving in relation to the system | |
| Antoine et al. | A rapidly scanning three-velocity-component laser Doppler anemometer |