Способ определения интегрального индекса показателя преломления воздуха

 

Изобретение относится к области исследования физических свойств атмосферы, с помощью оптических методов и может быть использовано в метрологии, геофизике, геодезии для редукции дальномерных измерений к свободному пространству. Цель изобретения - повышение точности определения интегрального индекса преломления воздуха и упрощение способа. Измеряют метеопараметры на одном конце трассы за время At, вычисляют индексы показателя преломления N(t) и индексы Nn на условия изотермии. При этом одновременно измеряют изменение оптического пути 5 L(t) исследуемой трассы и вертикальный температурный градиент ), а индекс показателя преломления на средний момент времени находят по соотношению: М - (LN - Nn) КЈш Ц,1 -Nn, где Nn - +KNЛ( Уа - ут ); К s LNKNfc-т - коэффициенты регрессии; уа - 0,01 С/м - адиабатический градиент температуры, L0 - длина трассы. 1 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

<„„G 01 N 21/41

ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ;: :

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4736478/25 (22) 11.09.89 (46) 30,09,91, Бюл.№36 (71) Нижегородский инженерно-строительный институт им, В,П.Чкалова (72) В,В,Виноградов (53) 535,24 (088.8) (56) Кондрашков А.В, Интерференция света и ее применение в геодезии. M.: Геодезиздат, 1956, с. 181 — 187.

Авторское свидетельство СССР

¹ 1260772, кл, G 01 N 21/41, 1985. (54) СПОСОб ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИНТЕГРАЛЬНОГО ИНДЕКСА ПОКАЗАТЕЛЯ ПРЕЛОМЛЕНИЯ ВОЗДУХА (57) Изобретение относится к области исследования физических свойств атмосферы, с помощью оптических методов и может быть использовано в метрологии, геофизике, геодезии для редукции дальномерных измеИзобретение относится к исследованиям физических свойств атмосферы с помощью оптических методов и может быть использовано в метрологии, геофизике, геодезии для редукции дальномерных измерений к свободному пространству.

Целью изобретения является повышение точности и упрощение способа, Способ осуществляется следующим образом.

Б одном конце исследуемой трассы устанавливают метеорологические датчики для измерения давления Р, температуры Т и влажности е, температурного градиента ут (это может быть электронный датчик, либо ртутные термометры, расположенные на различной высоте и т.n,) Кроме того, в этом же конце трассы устанавливают устройство. Ж 1681206 А1 рений к свободному пространству. Цель изобретения — повышение точности определения интегрального индекса преломления воздуха и упрощение способа, Измеряют метеопараметры на одном конце трассы за время At, вычисляют индексы показателя преломления N(t) и индексы No на условия изотермии, При этом одновременно измеряют изменение оптического пути д L(t) исследуемой трассы и вертикальный температурный градиент )ф), а индекс показателя преломления на средний момент времени находят по соотношению: =

-1.

=(LN> - Nn) Kg1NLo й, где Nn- < N>+

+Клодт(ga < 3 т> ), К b емКЩт коэффици енты регрессии; ya - -0,01 С/м — адиабатический градиент температуры, Lo — длина трассы. 1 табл, для измерения изменений оптического пути д L, например электронный дальномер, интерферометр, В этом случае на другом конце трассы устанавливают отражатель, Длину трассы Lo определяют приближенно либо по карте, либо измеряют дальномером. Точность определения 10 может не превышать 10

-з

В течение времени A t (период измерений) измеряют одновременно д б(1), N(t) (no метеопараметрам) и ут(т)М раз и таким образом получают три временных ряда указанных параметров. Период Л t выбирается, исходя из общепринятых в теории математической статистики условий, согласно которым должны выполняться критерии надежности определения коэффициента корреляции между исследуемыми функция1681206

15 точность

20 При переходе к AN/A М в (4) надо иметь ввиду, что A N = A и 10 .

Пример, Способ испытан на эталонном базисе длиной -1 км, на котором для сравнения через каждые 50 м расположены метеодатчики и, следовательно, имеется возможность независимого вычисления индекса преломления, принимаемого эа интегральный с погрешностью — 10 . Од-7 новременно с измерениями по способу велся автоматический опрос метеодатчиков по трассе для определения эталонного индекса преломления Йо, Результаты измерений и вычислений сведены в таблицу, откуда следует, что р <схождение между эталонным значением = 281,4 и найденным !

281,27 не превышает 1,3 10, что свидетельствует о его высокой точности, ми времени. Практически, как показывает опыт, в реальной атмосфере этот период достигает значений 0,5 — 2 ч в зависимос. < от скорости изменения параметров. Одновременно осуществляют корреляционную обработку измеряемых функций и находят коэффициенты регрессии К гI tu u К<ч -т между OL(t) и N(t) и N(t) и ут (t) соответственно.

При этом имеется возможность контролировать надежность их определения от пары к паре с тем, чтобы коэффициенты корреляции ррах и рг< <гт были максимально близки к единице. Интегральное значение индекса показателя преломления <9> находят на средний момент времени по соотношению

=( Nn)K/IN . + Nn, (1)

Nn = + KN у" т(уа - < ут>), (2) где y, = - 0,01 /м — адиабатический градиент температуры.

При этом N(t) вычисляют по одной из известных формул, например по формуле

Барелла-Сирса, Физической сущностью способа является сильная корреляционная связь между точечным и интегральным индексами преломления, а также между показателем преломления и его высотным градиентом.

Поскольку показатель преломления и или его индекс функционально связаны с температурой воздуха. то имеет место связь между и и ут. Найдя коэффициент регрессии из корреляционной обработки рядов N(t) и ут(т), входящий в уравнение регрессии

И = + К т(ут - < y > ), (3) и, заменив в (3) ут на адиабатический градиент у, который соответствует изотермии, получим Nn-индекс, приведенный к этим условиям — уравнение (2). При этом К«<<-т —— п1 <ч

= рцэр —, m — средние квадратические

ITlP отклонения, р — коэффициент корреляции.

Аналогичным образом находят коэффициmg ент регрессии К 3 м =- р,т< <ч, при <ем

mN поскольку д< = 0д n, D — геометрическая длина исследуемой трассы, то, разделив

K<1 IN íà L0 (приближенное значение D) получим К <<< I N, который в силу линейности

1 связи равен К д N д N, т.е.

AN

К Я N 10 = >KhkdN =- — —, (4)

AN

55 т,е. отношению приращений N u N относительно некоторого постоянного слагаемого одинакового для интегрального и точечного индексов преломления. Таким слагаемым является М„, поскольку именно в условиях изотермии индекс преломления постоянен в каждой точке трассы и равен интегральному, Таким образом

N=N + AN

N - =Nn+ AN (5) и задача сводится к трем этапам; нэхождению Л М через К К << р, <ч и AN; нахождению

Nn по Ки .т и ут и, наконец, вычислению

N =- Nn + Л N. При этом целесообразно вычисление вести на средний момент измерений, что обеспечивает более высокую

Формула изобретения

Способ определения интегрального индекса показателя преломления воздуха, включающий измерение давления температуры и влажности на одном концЕ трассы в течение времени At, вычисление по результатам измерений индексов показателя преломления N(t), а также индекса Nn, соответствующего условию изотермии, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности и упрощения способа, дополнительно в те же моменты времени измеряют изменения оптического пути д L(t) исследуемой трассы и вертикальный температурный градиент ут(т), а искомый индекс показателя преломления находят по соотношению

-1

< N> =( -Nn) K/I.NLo + Nn, Nn = <М> + KNр т(уа - <уг>).

1681206

Составитель Ю. Гринева

Редактор О. Спесивых Техред М,Моргентал Корректор М, Шароши

Заказ 3307 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

К /щ, Кн -т — коэффициенты регрессии между О L(t) и N(t) и N(t) и )т(1) соответственно: у =0,01 /м — адиабатический градиент температуры; 4, — длина трассы; < N> и <} т> — средние значения измеренных N(t) и ) (1).