Системы измерения дальности. Лазерное профилирование, страница 7

Топографические измерения поверхности суши производить методом космической альтиметрии относительно труднее по двум причинам, которые обусловлены тем, что поверхность суши имеет гораздо большие неровности, чем поверхность океана. Первая причина связана с явлением, называемым нарушением синхронизма. Если лазерный радиолокационный альтиметр находится на высоте 800 км, временной интервал между излучением и приемом импульса составляет примерно пяти миллионов наносекунд. Если альтиметр способен распознавать форму возвращающегося импульса, он должен получать импульс в интервалах порядка 1 не или меньше. Для того чтобы удержать и распознать импульс, альтиметр должен это сделать в период до прихода следующего импульса. Это не является проблемой. Однако поверхность суши может быть с очень крутым наклоном, и отраженный импульс может вернуться в то время, когда альтиметр не готов его принять.

Вторая проблема обусловлена наличием ошибки наклона, вызванной крутым наклоном поверхности. Возвращающийся импульс попадает не на альтиметр, а в точку рядом с ним. Это проиллюстрировано на рис. 8.17.

Когда альтиметр находится в точке R1, самой ближайшей точкой поверхности является точка S1. Если не сделать коррекцию на ошибку наклона, то точкой рассеивания будет точка S’1. Для небольшого наклона ___________(рад) горизонтальная ошибка составляет ______________, а вертикальная ошибка равна ______________.

Таким образом, для альтиметра (H= 800 км), предназначенного для наблюдений за поверхностью океана, у которой наклон не превышает 0,0001 рад, ошибки составляют 80 м по горизонтали и 4 мм по вертикали, которыми можно пренебречь. Однако при наблюдении за сушей у этого альтиметра будут ошибки: 24 км по горизонтали и 360 м по вертикали, которые нельзя не учитывать.

Предположим, что наклон __________ изменяется не очень быстро, тогда ошибку наклона можно скорректировать. На рис. 8.17 показано, как это можно сделать. Если второе измерение производится из точки R2, точкой рассеивания является точка S2. Наклон _____________ можно измерить, зная изменение высоты Н вдоль траектории перемещения альтиметра. Зная ________________, можно внести корректировку на ошибку наклона.

Несмотря на трудности внесения корректировок, лазерные радиолокационные альтиметры все же используются для топографии суши с относительно плоской поверхностью и для топографии ледников Антарктиды и Гренландии.

8.3.5. Поправки на атмосферные и ионосферные эффекты

При рассмотрении принципа функционирования лазерного радиолокационного альтиметра предполагалось, что скорость распространения импульсов равна скорости света с. Однако при лазерном профилировании атмосферы рассчитывается групповая скорость, на которую влияет задержка в атмосфере. Принцип корректировки на эту задержку описан в п. 8.2.1. Этот принцип применяется для микроволновых альтиметров. Распространение в тропосфере происходит практически без рассеивания. Это означает, что групповая скорость равна фазовой скорости и не зависит от частоты. Соответствующее значение Р (определяемое по формуле (8.7)) равно 2,33 м в чистой атмосфере и 7,1 м при наличии паров воды в количестве 1 м осаждаемой воды. Таким образом, тропосферная задержка составляет в среднем от 2,4 до 3,6 м и зависит от количества паров воды в атмосфере. Корректировку на эту задержку, следовательно, можно ввести, зная атмосферное давление и количество паров воды в атмосфере.

Влияние ионосферы было описано в п. 4.5. Используя уравнение (4.23), можно записать формулу для параметра Р:

где _______ и ____________ — заряд и масса электрона соответственно, _____________ — количество электронов, а f— частота. Типичное количество электронов в дневное время равно 3*10 17 м-2, и на частоте 10 ГГц Р = 0,12 м. Корректировка на эффекты в ионосфере производится обычно, если неизвестно количество электронов в ней, с помощью измерений на двух разных частотах.

8.3.6. Защита от короткого замыкания