12. Общие принципы систем зондирования атмосферы. Лидары. Измерение скорости и направления воздушых потоков.
Зондирование атмосферы - определение вертикального или горизонтального распределения температуры, влажности, давления, ветра и других физических параметров атмосферы.
К методом верт-го зонд-ия относ-ся: с помощью радиозондов; акустическое; радиолокационное.
LIDAR - технология получения и обработки информации об удалённых объектах с помощью активных оптических систем, использующих явления отражения света и его рассеяния в прозрачных и полупрозрачных средах.
Основная сфера применения лидаров явл метеорология, геодезия и картография с радиусом действия от 100 м до 100 км
Для лидарного зонд-ия рассматривают два нижних слоя атмосферы.
Лидар представляет собой активный дальномер оптического диапазона.
Принцип действия: направленный луч источника излучения отражается от целей, возвращается к источнику и улавливается высокочувствительным приёмником, время отклика прямо пропорционально расстоянию до цели.
Возвращающийся оптический сигнал проходит через ту же среду, что и луч от источника. В абсолютном большинстве конструкций лидаров излучением служит лазер, формирующий короткие импульсы света высокой мощности. Период следования импульсов или частота модуляции выбирается так, что бы пауза между двумя последующими имп-сами была не меньше, чем время отклика от обнаружения целей.
Сканирующие лидары применяются в системах машинного зрения и формируют двумерную или трёхмерную картину окружающего пространства. «Атмосферные» лидары способны не только определять расстояния до непрозрачных отражающих целей, но и анализировать свойства прозрачной среды, рассеивающей свет. Разновидностью атмосферных лидаров являются доплеровские лидары, определяющие направление и скорость перемещения воздушных потоков в различных слоях атмосферы.
Эффект Доплера — изменение частоты и, соответственно, длины волны излучения, воспринимаемое наблюдателем (приёмником), вследствие движения источника излучения и/или движения наблюдателя (приёмника).
Величину скорости и направления ветра необходимо знать для решения многих практических задач: прогноза погоды, охраны окружающей среды и т.к.
Во многих случаях наиболее перспективным для дистанционного измерения скорости ветра является использование лазерных локаторов, так как они могут измерять профиль скорости и направления ветра в условиях оптически чистого воздуха и имеют гораздо меньшие массо-габаритные характеристики, чем радиолокационные системы.Дистанционные методы измерения скорости и направления ветра, которые используются в лазерных локаторах, разделяются на доплеровские и корреляционные.Также, корреляционные методы позволяют проводить, в отличие от доплеровских методов, дистанционные измерения профиля скорости и направления ветра в условиях сложного рельефа местности, когда скорость и направление ветра существенно изменяются вдоль трассы зондирования.В большинстве случаев корреляционные лидары обеспечивают время измерения в диапазоне от единиц до десятков минут, а измерения проводятся при большом отношении сигнал/шум.Корреляционные методы обладают рядом преимуществ (измерение профиля скорости и направления ветра в условиях сложного рельефа местности, когда скорость и направление ветра существенно изменяются вдоль трассы зондирования; для реализации корреляционных методов требуется более простая аппаратура), которые делают их перспективными для дистанционного измерения мгновенной скорости и направления ветра.
Лазерные корреляционные методы основаны на регистрации мощности Р(Ь) обратно рассеянного атмосферным аэрозолем лазерного сигнала.