способ определения профиля коэффициента ослабления на заданном участке атмосферы

Формула изобретения

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОФИЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОСЛАБЛЕНИЯ НА ЗАДАННОМ УЧАСТКЕ АТМОСФЕРЫ, заключающийся в посылке в атмосферу световых импульсов различной длительности, приеме для каждой длительности излучения, рассеянного в обратном направлении, и в измерении мощностей принятых эхо-сигналов при определении профиля коэффициента ослабления, отличающийся тем, что посылают зондирующие импульсы из трех или более точек, заключенных между граничными точками заданного участка атмосферы, в направлении вдоль этого участка, мощности принятых эхо-сигналов измеряют от одних и тех же объемов атмосферы, дифференцируют измеренные величины мощностей по длительности импульсов, а коэффициент ослабления в точке r заданного участка атмосферы определяют по формуле

(r) = ln - ln,,

где

S(r_iR) = ^;;

- длительность зондирующего импульса;

r_i - точки посылки импульсов;

P(r_i, R) - измеренные мощности от объема атмосферы с координатой R;

A - лидарная постоянная;

f - геометрический фактор;

c - скорость света.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к оптической локации и может быть использовано для определения профиля коэффициента ослабления атмосферы.

Известны способы определения профиля коэффициента ослабления на заданном участке атмосферы [1 и 2].

По способу [1] зондирование производится путем посылки в атмосферу светового импульса малой длительности, преобразования рассеянного в обратном направлении света в электрические сигналы и накопления этих сигналов в течение определенного времени в зависимости от общей протяженности исследуемого участка при увеличении усиления принятых сигналов пропорционально квадрату текущего времени, отсчитываемого с момента посылки импульса в атмосферу.

Способ дает возможность определить профиль коэффициента ослабления с недостаточной точностью, поскольку он предполагает постоянство на трассе зондирования отношения коэффициента обратного рассеяния к коэффициенту ослабления, что не выполняется в условиях реальной атмосферы. Кроме того, недостаточная точность способа связана с тем, что с помощью реальной аппаратуры можно осуществить посылку зондирующих импульсов конечной длительности.

По способу [2] профиль коэффициента ослабления на заданном участке атмосферы определяется путем посылки в атмосферу световых импульсов различной длительности и приема излучения, рассеянного в обратном направлении, по измеренным мощностям принятых эхо-сигналов для каждой длительности зондирующего импульса.

Способ дает возможность определить профиль коэффициента ослабления с недостаточной точностью, поскольку он предполагает равенство коэффициентов обратного рассеяния, осредненных по пространственной протяженности импульсов различной длительности, что не выполняется в условиях реальной атмосферы.

Цель изобретения - повышение точности определения профиля коэффициента ослабления на заданном участке атмосферы.

Для этого в способе определения профиля коэффициента ослабления на заданном участке атмосферы, включающем посылку в атмосферу световых импульсов различной длительности и прием для каждой длительности излучения, рассеянного в обратном направлении, посылают зондирующие импульсы из трех или более точек, заключенных между граничными точками заданного участка атмосферы, в направлении вдоль этого участка, измерение мощности эхо-сигналов от одних и тех же объемов атмосферы, дифференцируют измеренные величины мощностей по длительности импульсов, а коэффициент ослабления в точке r заданного участка определяют по формуле

(r) = ln - ln, где S(r_iR) =

- длительность зондирующего импульса;

r_i - точки посылки импульсов;

Р(r_i, R) - измеренные мощности от объема атмосферы с координатой R;

А - лидарная постоянная;

f - геометрический фактор;

с - скорость света.

На чертеже изображена схема, реализующая способ для трех точек посылки зондирующих импульсов, расположенными в этих точках лидарами, что возможно для заданных участков [r^l , r^ll ], для которых справедливо линейное приближение (r) = a + br, для приближений более высокого порядка требуется осуществлять посылку зондирующих импульсов из большего числа точек.

Измеренные мощности связаны с оптическими характеристиками атмосферы оптико-локационным уравнением

P(r_i,R,) = f(r-r_i)(r)exp-2 (l)dldr,

(1) где - коэффициент обратного рассеяния;

l - переменная интегрирования.

Дифференцирование измеренной мощности по длительности импульса (при этом следует учесть, что лидарная постоянная пропорциональна длительности импульса) приводит к более простому соотношению, в котором фигурирует коэффициент лишь в одной точке R;

= f(R-r_i)(R)exp-2 (r)dr .

(2)

Это обстоятельство позволяет исключить данную неизвестную величину, деля уравнение (2) друг на друга для двух точек посылки зондирующих импульсов. А учет при интегрировании коэффициента линейности приближения, рассматриваемого в качестве примера, дает возможность получить для определения неизвестных коэффициентов а, b систему уравнений, записывая их для двух пар точек посылки

(r₂-r₁)a + r²₂-rb = ln

(3)

(r₃-r₁)a + r²₃-rb = ln

(4)

Следует отметить, что величина зависит от переменной r и не зависит от переменной R, поэтому значение R может быть любым в пределах дальности зондирования (рационально также выбрать его вне ближней зоны лидара, где известна функция f(R - r_i) = (R - r_i^-2).

Решение системы уравнений (3) и (4) дает возможность получить для определения коэффициента ослабления формулу

(r) = ln - ln.

(5)