Читать учебник по радиоэлектронике: "Технические основы систем лазерного зондирования" Страница 1

(Назад) (Cкачать работу)

10

Технические основы систем лазерного зондирования.

Одну из мощных современных возможностей дистанционного изучения (количественного контроля) атмосферы и её составляющих обеспечивают лидары – лазерные локационные системы.

Задача лидарного зондирования в приближении однократного рассеяния связана с решением уравнения (уравнения лазерного зондирования).

,(55)

где P(z,) – мощность принимаемого сигнала;

Po() – мощность зондирующего импульса;

 - объемный коэффициент обратного рассеяния;

z = сu/2 – пространственное разрешение, зависящее от длительности импульса u и скорости света с;

(z,) – объемный коэффициент ослабления излучения;

А – константа прибора, определяемая площадью приемной системы и пропусканием её элементов;

G(z) функция геометрического фактора лидара.

Функция G(z) определяется процессом виньетирования приемной системой лидара сигнала обратного рассеяния, она может быть расчитана (см. рис. ), если заданы диаметр приемного телескопа D0, поперечный размер зондирующего пучка излучения 0 и его углвая расходимость Qn, фокусное расстояние приемного телескопа и расстояния B и угла  между оптическими осями передатчика и приемника лидара, форма и положение полевой диафрагмы приемной системы, например, её расстояние от фокальной плоскости z0. Меняя z0 можно в значительной степени варьировать динамическим диапазоном лидарного сигнала.

Представленный вариант зондирования может быть расширен за счет много волновой локации или т.н. многочастотного лазерного зондирования. В этом случае удается за счет применения методов решения “обратных задач” трансформировать высотные профили (z,) в спектры размеров аэрозолей N(r,z) на соответствующей высоте z.

Применение двухчастотного зондирования используется для определения концентрации газов в атмосфере, например, её влажности.

Лазерное зондирование влажности a(z) осуществляется лидарным методом дифференциального поглощения, основанном на сравнении двух сигналов, один из которых соответствует длине волны n, совпадающей с линией поглощения паров воды, второй – близкорасположенной длине волны o вне области поглощения.

Причем:

(56)

где k0(z),k(z) – профили коэффициентов поглощения на длинах волн 1,0;

z пространственное разрешение по трассе зондирования;

P0(z) и P1(z) – профили регистрируемых отраженных сигналов на соответствующих длинах волн, приведенные к одному уровню энергии зондирующего импульса. Эти сигналы описываются уравнением (55).

Лидар дифференциального поглощения представляет собой сложный оптико-электронный комплекс. О его принципиальной схеме можно судить по рис.98.

К1 К2

ФЭУ 3

Ф

Рис. 98

Источники излучения лазер 1 (694,383 нм) и лазер 2 ( =1 см-1) генерирует импульсы со сдвигом во времени ~200 относительно друг друга. Часть излучения, для контроля, уровня энергии направляется к ФЭУ(1,2) . (k1,2 - коллимторы). В аппаратуре, показанной на рис.98, применены в приемной системе два ФЭУ(3,4) для уменьшения динамического диапазона сигнала (возможная альтернатива – применение т.н. динодного съема сигналов при одном ФЭУ).

Для

Похожие работы