Способ определения показателя рассеяния света водной среды

 

Изобретение относится к способам дистанционного определения стратификации природных водных сред по светорассеивающим свойствам. Цель - повышение информативности способа. Согласно способу водная среда облучается по нормали к поверхности узким лазерным импульсным пучком света, поляризованным в плоскости или по кругу. С помощью приемника с угловой апертурой, намного превышающей начальную расходимость пучка и направленного соосно источнику регистрируется временная зависимость линейной Р<SB POS="POST">2</SB> поляризации сигнала обратного рассеяния. Вертикальное распределение показателя рассеяния света σ(Z) определяется из соотношения σ(Z-CT/<SB POS="POST">2</SB>)=-A<SB POS="POST">I</SB>D/DT LNPI(T), (I=2,4), где Z- глубина, T - время, C - скорость света в воде, A<SB POS="POST">I</SB> - постоянная величина, зависящая от типа рассеивающих сред и имеющая размерность обратную размерности скорости. Указанное соотношение является следствием решения векторного уравнения переноса излучения в приближении, учитывающем многократное рассеяние вперед в малоугловом приближении и однократное рассеяние назад.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (59 4 G 01 N 21/47

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н А ВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР (21) 4259579/31-25 (22) 07.05.87 (46) 30,09.89. Бюл. r - 36 (71) Институт океанологии им. П.Н.Ширшова и Московский физикотехнический институт (72) А.П.Васильков, М.И.Вортлан, Т.В.Кондранин и Е.В.Мясников (53) 535.242(088.8) (56) Оптика океана. Т. I. Физическая оптика океана. N. Наука, 1983, с. 121.

Гордеев Л.Б. и др. Аппаратура для исследования крупномасштабных неоднородностей оптического показателя рассеяния морской воды. — В кн. Оптика океана и атмосферы. Баку: Элм., 1983, с. 376-381. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОКАЗАТЕЛЯ

РАССЕЯНИЯ СВЕТА ВОДНОЙ СРЕДЫ (57) Изобретение относится к способам дистанционного определения стратификации природных водных сред по свето-, рассеивающим свойствам. Цель — повышение информативности способа. СогласИзобретение относится к гидрологии и может быть использовано для дистанционного определения стратификации природных водных сред по светорассеивающим свойствам.

Цель изобретения — повышение ин" формативности способа за счет опреде ления вертикального распределения по, казателя рассеяния света водной средой по временной зависимости ха„ЛЮ 513 48 А1

2 но способу водная среда облучается по нормали к поверхности узким лазерным импульсным пучком света, поляризованным в плоскости или по кругу. С помощью приемника с угловой апертурой, намного превышающей начальную расходимость пучка, и направленного соосно источнику регистрируется временная зависимость линейной Р пой ляризации сигнала обратного рассеяния. Вертикальное распределение показателя рассеяния света G (Z) определяется из соотношения G (Z — ct/2)

= А. — 1n P (t) 1 = 2,4, где Z— о глубина; t — время, с — скорость света в воде; А — постоянная величина, зависящая от типа рассеивающих сред и имеющая размерность обратную размерности скорости. Указанное соотно-.. шение является следствием решения векторного уравнения переноса излучения в приближении, учитывающем многократное рассеяние вперед в малоугловом приближении и однократное рассеяние назад. рактеристик сигнала обратного рас-, сеяния (СОР).

Сущность способа заключается в следующем.

Природные водные среды (океанская вода, воды водоемов суши) относятся к пбглощающим средам с сильной анизотропией рассеяния света. Для таких сред в работе предложен метод расчета поляризационных характеристик ерх -с(К;

Р „(-|) =, Р„ )) ) Г;

1

0 (— ) d t °

- к,) J о (4) ЕЬ(с /2) D;, (ct/2, и ) с 10 Из (4) получаем:

1 ct) < х

» ехр/- с 3C,(— ) dt),, ct хЬ„(г, г) )),(г)), (2)

) „(t) — ., ()

F„(t) + F (t) (б) (3) (Z) = Q(Z) + K;0 ()» где К; — const

3 151164

COP при зондировании среды узким им— пульсным пучком света. В случае приемника с угловой апертурой, намного превосходящей начальную расходимость

5 пучка, временная зависимость мощности компонентов параметров Стокса сигналов обратного рассеяния определяет-" ся выражением о где t — время, 15

ct о (†) — вертикальнбе распределение

2 показателя рассеяния, Х вЂ” площадь входного зрачка приемника; 20 с — скорость распространения света в среде, Р" (ZУ) — диагональные элементы матриУ цы рассеяния (i = 1, 2, 3, 4), зависящие от глубины Z 25 и угла (рассеяния.

Диагональные элементы представлены в вйде, аналогичном виду представления индикатрисы рассеяния в малоугловом приближении скалярной 30 теории переноса излучения:

Р;; (К, У ) = 0; (Z, 3 ) j(1 - P, (Z))» где о, = 1",)с 2, 1, р, ((1, а

D n (Z, f ) — нормированная индикатриса рассеяния, описывающая остронаправленную часть диагональных элементов матрицы рассеяния, такая, что

D«(g) = О при " y " о, g — некоторый д>иксированный угол, удовлетворяющий условию, ((и /2. Введенные здесь параметры М; (tII ) представляют собой отношение »;,(g) (= 2, 3, 4) 45 к индикатрисе рассеяния D и ().

Будем полагать, что угловая зависимость матрицы рассеяния не меняется по глубине зондирования. Для такого предположения достаточно то- 50 го, чтобы от глубины не зависили показатель преломления и функция рас пределения частиц взвеси по размерам .

Тогда имеем

8 4

Для степени линейной P поляризации

I из (1) получаем:

Величина А —, ) является

1 постоянной, поэтому соотношение (5) дает возможность определить относительное распределение по глубине 2

ct/2 показателя рассеяния света.

При известном отношении cC;(g) соотношение (5) дает возможность оценить дополнительно и абсолютное значение

5(Z) °

) Способ осуществляется следующим образом, Лазер с уэкойодиаграммой направленности излучае короткий импульс света с линейной поляризацией. Сигнал обратного рассеяния регистрируется приемником, находящимся на небольшом расстоянии от лазера. Оси лазера и приемника ориентированы вниз по вертикали. Перед приемником расположен анализатор. Угловая апертура приемника должна быть достаточно большой по сравнению с начальной расхо-димостью пучка, В случае линейно поляризованного в некоторой плоскости зондирующего сигнала измеряются зависимости Р„(с) и Г (t) соответственно при ориентации анализатора параллельно и перпендикулярно той же плоскости. Степень поляризации Р; COP в этом случае вычисляют по формуле

Относительное распределение вертикального профиля показателя рассеяния Q (Z) определяют по формуле

G(Z = ) = -A lnP, (t), (7)

ct d

5 () = — А (1пР„(с)), время

) А — константа, зависящая от типа рассеивающих сред; с — скорость света. где

Составитель Н.Стукова

Техред И.Верес . Корректор Л Патай

Редактор А.Ревин

Заказ 5896/47 Тираж 789 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5.Производственно-издательский комбинат "Патент", v.Óæãoðîä, ул. Гагарина, 101

5 151

Формула изобретения

Способ определения показателя рассеяния света водной среды, заключающийся в том, что зондируют водную среду импульсным линейно поляризованным лазерным пучком света, регистрируют сигнал обратного рассеяния, отличающийся тем, что, с целью повышения информативности способа за счет определения вертикального распределения показателя рассеяния, выделяют параллельно и перпендикулярно поляризованные компоненты сигнала обратного рассеяния, регистрируют временную зависимость степени

1648 6 поляризации сигнала обратного рассеяния P<(t) с -помощью фотоприемника с угловой апертурой („ ъ>(1)„, где4 я угол расходимости зондирующего пуч5 ка, и определяют вертикальное распределение показателя рассеяния света

ct (— ) из соотношения