Системы измерения дальности. Лазерное профилирование, страница 3

На рис. 8.6 представлен график значений Р как функции длины волны в парах воды, количество которой в конденсированном виде равно 1 м. Как указано в табл. 4.1, суммарная масса паров воды в атмосфере изменяется от 6,5 до 180 кг/м2. Это соответствует слою конденсированной воды от 6,5 до 180 мм. Отсюда типичное значение коррекции на наличие паров воды в атмосфере составляет 0,05 м.

8.3. Радиолокационная альтиметрия

Радиолокационная альтиметрия похожа на лазерное профилирование. Базовые их принципы идентичны: определение времени распространения короткого импульса от передатчика до приемника. Различие заключается в типе получаемой информации. В методе радиолокационной альтиметрии ширина луча больше, что позволяет функционировать на более длинных волнах.

На рис. 8.7 представлена схема радиолокационного альтиметра. Генератор импульсов вырабатывает короткие импульсы с типичной частотой 10 ГГц. Они подаются на антенну, которая излучает их в сторону поверхности Земли.

Такая же антенна принимает отраженные импульсы и подает их на детектор для соответствующего анализа. Кроме времени распространения импульса детекторы распознают параметры вернувшихся импульсов.

Рассмотрим простую модель функционирования радиолокационного альтиметра. Предположим, что поверхность Земли плоская, а также изотропная и рыхлая. Кроме того, не будем учитывать рассеивание излучения и чувствительность антенны вне основного лепестка диаграммы направленности. Исходя из этих предположений, можно утверждать, что мощность, принимаемая антенной, будет пропорциональна площади поверхности Земли, на которую попадает луч радара.

Очевидно, что сигнал возвращается через время t после его излучения, тогда расстояние от альтиметра до поверхности Земли будет равно _____________. В анализе радиолокационной альтиметрии применяется понятие «зоны рассеивания», которая распространяется от антенны альтиметра со скоростью _____________, так как рассеиватели влияют на время распространения импульса. Схематично это показано на рис. 8.8.

Если расстояние от альтиметра до поверхности равно Н, то:

Через короткое время ____________ после этого зоны рассеивания пересечет поверхность по площади, которая будет представлять собой круглый диск с радиусом r, как показано на рис. 8.9. Так как _________________, то радиус будет равен:

А площадь этого диска будет равна: ___________________. В соответствии с принятыми допущениями принимаемая мощность будет пропорциональна этой площади, а следовательно,______________и _________________. Таким образом, вначале принимаемая мощность линейно увеличивается со временем.

Однако в момент времени ____________________, где  t — длительность импульса, зона рассеивания полностью достигнет поверхности. После этого момента зона рассеивания будет пересекать поверхность по кольцу, как показано на рис. 8.10. Внутренний радиус кольца равен:

а внешний радиус равен:

Площадь кольца будет равна_________________, и она не зависит от времени распространения импульса. Таким образом, принимаемая мощность после момента времени t = t0 + t становится постоянной, как показано на рис. 8.11.