Способ определения вертикального распределения параметра атмосферы
1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕР ТИКАЛЬНОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА АТМОСФЕРЫ путем измерения датчиком излучения угловой зависимости уходящего излучения От исследуемого слоя атмосферы в направлениях, проходящих вне диска Земли, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения точности, в поле зрения датчика излучения по линейному закону осуществляют периодическое перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы в вертикальном направлении на частотах, кратных частоте перекрывания, измеряют амплитуды Гармоник оптического сигнала и по измеренным амплитудам оптического сигнала судят о вертикальном распределении параметра атмосферы. 2.Способ по п. 1, о т л и ч аю щ и и с я тем, что перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы осуществляют по трапециедальному закону. 3.Способ по п. 1, отличающийся тем, что лерекрывание поля излучения исследуемого слоя i атмосферы осуществляют сканирова- , Л нием в вертикальном направлении полем зрения, равным половине сектора сканирования слоя атмосферы, включающего в себя исследуемый слой атмос 2 феры и слой атмосферы, лежащей выше него. 00 00 со
„„SU„„1013890 А
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИХ
РЕСПУБЛИК
g ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ OCVAAPCTBEHHblA HOMHTET CCCP по делАм изоБРетений и ОткРытий (21) 2963476/18-10 (22) 18. 07. Оо (46) 23. 04. 83. Бюл. р 15 (72) E М Трофимов и С. И. Алмазов (71) Государственный научно-исследовательский центр изучения природных ресурсов (53) 551.500.2(038.3) (56) 1. Кондратьев К.Я., Тимофеев IO.М. Термическое зондирование атмосферы со спутников. Л., Гидро метеоиздат, 1970, с. 241. 2. Там же, с. 241 (прототип). (54)(57) 1. СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ BEP-! THKAJIbH0I 0 РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРА АТМОСФЕРЫ путем измерения датчиком излучения угловой зависимости уходящего излучения От исследуемого слоя атмосферы в направлениях, проходяцих вне диска Земли, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения точности, в поле зрения датчика излучения по линейному закону осуществляют периодическое перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы в вертикальном направлении на частотах, кратных частоте перекрывания, измеряют амплитуды 1 армоник оптического сигнала и по измеренным амплитудам оптического сигнала судят о вертикальном распределении параметра атмосферы. 2. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы осуществляют по трапециедальному закону. 3. Способ по п. 1, о т л и ч аю шийся тем, что перекрывание поля излучения исследуемого слоя Я атмосферы осуществляют сканированием в вертикальном направлении полем зрения, равным половине сектора сканирования слоя атмосферы, включаюцего в себя исследуемый слой атмосФеры и слой атмосферы, лежащей выше него.. 1013890 ((Ц= (х) d X, (1) о о Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано в . устройствах для измерения угловой зависимости уходяцего излучения атмосферы в ИК и СВЧ областях. спектра в направлениях, проходящих вне диска Земли. Известен способ определения вертикального распределения параметра атмосферы, заключающийся в измерении датчиком излучения, установленным 10 на спутнике, спектральной зависимос« ти уходящего теплового излучения атмосферы и обрацении измеренных значений спектральной зависимости уходящего излучения атмосферы в про- 15 филь параметра атмосферы. Профиль параметров атмосферы восстанавливается до высот 30-35 км (.1 ). Наиболее близким к изобретению по технической сущности являет я спо-,20 - соб определения вертикального распределения параметра атмосферы путем :измерения датчиком излучения угловой зависимости уходящего излучения от исследуемого слоя атмосферы в на-, 25 правлениях, проходящих вне диска Земли, и обращении измеренных значе(, ний уходящего излучения атмосферы в профиль:параметра атмосферы (2 ). Восстановление распределения параметра атмосферы по измеренным значениям угловой зависимости уходяцего излучения атмосферы сводится к решению интегрального уравнения Фредгольма первого рода. Однако подобная задача относится к классу некорретных задач математической физики, вследствие этого вертикальное разрешение метода не превышает ширины ядра интегрального уравнения. Попытка получить лучшее 40 . вертикальное разрешение приводит к усилению ошибки восстановления. На точность определения распределения параметра атмосферы оказывает влияние внутренний фон измеритель- 45 ного устройства. Цель изобретения - повышение точности определения вертикального распределения параметра атмосферы. Поставленная цель достигается тем, 50 что согласно способу определения вертикального распределения параметра атмосферы путем измерения датчиком излучения угловой зависимости уходя-(55 цего излучения от исследуемого слоя атмосферы в направлениях проходяцих Ф ! вне диска Земли, в поле зрения датчи-, ка излучения по линейному закону осу- . цествляют периодическое перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы в вертикальном направлении l на частотах, кратных частоте перекры вания, измеряют амплитуды гармоник оптического сигнала и по измеренным амплитудам оптического сигнала судят б5 о вертикальном равпределении параметра атмосферы. Перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы осуществляют по трапецеидальному закону. Перекрывание поля излучения исследуемого слоя атмосферы осуществляют сканированием в вертикальном направлении полем зрения, равным половине сектора сканирования слоя атмосферы, включающего в себя иСследуемый слой атмосферы и слой атмосферы,, лежащий выше него. На фиг. 1 изображен закон перекрывания поля излучения исследуемого слоя атмосферы. На фиг. 2 — блок-схема устройства, .реализующего предлагаемый способ; на фиг. 3 - закон сканирования устройства. Блок-схема (фиг. 2) содержит опорный излучатель 1, оптическую систему 2 опорного канала, сканирующее ! зеркало 3, оптическую систему 4 измерительного канала, датчик 5 излучения, электронный канал б. Ордината незаштрйхованной области (фиг. 1) определяет соответственно верхнюю переменную и нижнюю посто(янную границы исследуемого слоя ат мосферы, находящегося в данный мо-: мент времени в поле зрения датчика. излучения. Измеренный датчиком по(ток излучения, как функцию времени, можно представить в виде Ч() где F(x) — вертикальное распределение плотности потока излучения; P(4) — четная, периодическая функция, определяющая закон сканирования и равная 2Xt /Г/Т при 0 < t 4 T/2; Т - йериод сканирования; Х вЂ” вертикальные размеры ис следуемого слоя атмосферы. Сйектр Фурье сигнапа О.(Ф)представляет бесконечный ряд гармоник с частотами, кратными мо= 2У/T и с амплитудами Т/2 Я =2/ < g (С)соз ° (2) Интегрируя (2) по частям, найдем Т 2. А„= 2/Уп F (V(tl) Ч (Ф}м и(- -)<К (>) 1013890 Значения . Значения 45 где Заменяя 9(t) на х, Ч (t)3t на дх, приведем . (3) к виду. Х А„=2/Яи P(x)sin " дх. (g) 3иАи являются. коэффициентами разложения Г(Х) по:1з,и «h на отрезке (О,Х). С учетом (4) и (5) получим выражение для определения вертикального распределения плотности потока излучения для ограниченного числа гармо-.. ник N и F (х )=1 1 з1и (6) Интегрированием по частям уравнение (4) можно привести к виду Д 2Х, F(O) (1)™F(X)+ и р„р Х. + F (x) cos dx (ч) A„3.è -
):, F (Z) по C0S «и на отреэке |.O,Х). х учетом (7) и (8) получим выражение для определения производной поля излучения исследуемого слоя атмосферы I .й ()()=р )2+1 .рисов «"», (э) К 0 „., Х P 0/2 (/Х (НО).-(-(Х)). В предлагаемом способе, измерив амплитуды N гармоник оптического сигнала, из (б) и (9) можно соответственно восстановить вертикальный профиль яркости атмосферы и его производную. Для определения производной профиля яркости необходимо знать (О) и F(Х) — значения профиля яркости в крайних точках исследуемого слоя атмосферы. Величины F(0) и (X) мопут быть определены непосредственно из (6). Устройство, реализующее предлагаемый способ, работает- в двух режимах. В измерительном режиме с помощью качающегося эеркаЯа 3 в вертикальном направлении осуществляется периодическое сканирование слоя атмосфе(ры, включающего в себя исследуемый слой атмосферы и слой атмосферы, лежащий выше него, излучением которого можно пренебречь (с высотой интенсивность собствен-. ного излучения атмосферы уменьшается и на высотах более 70-80 км излучение атмосферы можно считать равным нулю). Сканирование осуществляется по линей- . ному закону полем зрения, равным половине сектора сканирования. Исследуемый слой атмосферы по вертикали должен занимать не более половины сектора сканирования. В режиме калибровки с помощью ка- . чающегося зеркала 3 осуществляется периодическое сканирование поля излучения, включающего в себя опорный. излучатель 1 и космос. Сканирование осуществляется по линейному. закону полем зрения, равным половине сектора сканирования. Оптическая система измерительного канала 4 (фиг.. 2) фокусирует поток излучения от:сканируемого .сектора на чувствительную площадку датчика 5 излучения. Датчиком 5 излучения и электронным каналом б устройства измеряются амплитуды гармоник оптического сигнала. При сканировании в крайних положениях зеркала 3 происходит его остановка (фиг.3 ). Во время остановки зеркала 3 сигнал на выходе электронного канала б отсутствует. Таким образом, в выражении (7) для амплитуды и -той гармоники оптического сигнала относительно производной поля излучения исследуемого слоя атмосферы внеинтегральный член можно считать равным нулю. В этом случае для производной получим соотношения F(X)соз citX RX «их п (у)2 )(О К (X) = p. cos —. Предлагаемый способ позволяет иэмеРять не тОлько поле яркости исследуемого слоя атмосферы, но и его производную. Это дает воэможность использовать для определения вертикального распределения параметра атмосферы интегральное уравнение Вольтера второго рода. Поле зрения датчика излучения по вертикали увеличено, исследуемый слой атмосферы полностью находится в поле зрения датчика излучения, что позволяет увеличить поле зрения датчика излучения и, по горизонтали. Таким образом, поток излучения, измеряемый датчиком в 1013890 Составитель В. Аганова Редактор П. Коссей Техред Л.Пекарь Корректор С. Шекмар Эаказ 3011/55 Тираж 708 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, )K-35, Раушская наб., д.4/5 Филиал IIGP. Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 единицу времени, от элемента разрешения поля яркости исследувмЬro слоя атмосферы возрастает. Отношение сигнал/шум увеличивается при использовании предлагаемого способа в Х/дх раз, 5 где Х - размеры исследуемого слоя атмосферы по вертикали1 hx - размеры элемента разрешения по вертикали. 10. ° .. Функцию модулятора выполняет сканирующее зеркало, установленное на входе измерительного устройства что исключает влияние внутреннего фона измерительного устройства на точность определения вертикального распределения параметра атмосферы. Предлагаемый способ позволяет повысить точность определения вертикального распределения параметра атмосферы.
