Рис. 1. Схема измерений
случайной структуры аэрозольных обра-
зований в атмосфере, которое произошло
за 2. . . 5 с.
Исходной информацией для описыва-
емого лазерного метода оценки мгновен-
ной скорости и направления ветра (оцен-
ки порывов ветра) являются временн ´ые
реализации принимаемых лазерных сиг-
налов, полученные для каждого зондиру-
ющего импульса. Эти реализации используются для получения простран-
ственных реализаций (в зависимости от расстояний от лидара) объемного
коэффициента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы вдоль трассы
зондирования [4, 5] (расстояние от лидара определяется по времени задерж-
ки лазерного импульса). Узкий лазерный пучок и короткие зондирующие
импульсы позволяют достаточно точно локализовать рассеивающие объемы
атмосферы и описать пространственное распределение объемного коэффи-
циента обратного аэрозольного рассеяния атмосферы.
На рис. 1 показана геометрическая схема измерений лидара для получе-
ния оценки мгновенной скорости и направления ветра.
Однолучевой лидар зондирует атмосферу короткими зондирующими им-
пульсами. Лазерные импульсы рассеиваются на атмосферном аэрозоле (во
всех направлениях, в том числе и в направлении назад на лидар) и поступа-
ют в приемную систему лидара.
В приближении однократного рассеяния мощность
P
(
L
)
лидарного сиг-
нала (обратно рассеянного атмосферным аэрозолем лазерного сигнала) опре-
деляется следующим выражением [4, 5]:
P
(
L
) =
K
t
K
r
cτ
и
S
r
β
(
L
)
b
(
π
)
T
(
L
)
P
0
G
(
L
)
/
2
L
2
,
(1)
где
K
t
,
K
r
— коэффициенты пропускания передающей и приемной (вместе
с интерференционным фильтром) оптических систем;
с
— скорость света;
τ
и
— длительность лазерного импульса;
S
r
— площадь приемного объекти-
ва;
β
(
L
)
— объемный коэффициент аэрозольного рассеяния;
b
(
π
)
— индика-
триса обратного рассеяния;
β
(
L
)
b
(
π
)
— объемный коэффициент обратного
аэрозольного рассеяния;
T
1
/
2
(
L
) = exp
−
L
Z
0
β
(
z
)
dz
— коэффициент про-
пускания атмосферы;
P
0
— мощность лазерного источника излучения;
L
—
расстояние до рассеивающего объема атмосферы, связанное с временем за-
держки
t
прихода эхо-импульса на приемник лидара соотношением
t
= 2
L/c
;
G
(
L
)
— геометрическая функция лидара (учитывающая частичное перекры-
тие лазерного пучка полем зрения приемной оптической системы в случае
биаксиальной оптической системы лидара).
Из формулы (1) следует, что при небольших расстояниях, когда коэф-
фициент пропускания атмосферы
T
1
, мощность обратно рассеянного
лазерного сигнала прямо пропорциональна объемному коэффициенту обрат-
ного аэрозольного рассеяния. Поэтому анализ флуктуаций мощности обратно
ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Приборостроение”. 2014. № 2 43
