測云儀的原理與特點
探測方式分為垂直探測和掃描探測兩種。探測原理是:激光器對準云底發(fā)射脈沖光束,接收來自云滴對激光產生的后向散射光;根據(jù)從發(fā)射激光脈沖到接收到回波信號的時間和激光束的仰角,算出云底高度。如果激光光束穿透云層后 能量尚未衰減殆盡,再遇到第二層甚至第三層云時,仍可測到云滴的后向散射光信號,從而測得云的層次和厚度。由于這種回波信號較弱,測得的云的層次和厚度有時誤差較大。激光測云儀也可用來研究激光束在云中的衰減情況。
精度
由于空氣和云本身沒有明顯的分界面,過去,用氣球入云法測云高是指肉眼看球升入云中,當看不見氣球了,作為入云的時間,以此計算云高;飛機報云高,也是報飛機剛入云體時的高度;雖然后來發(fā)展了弧光測云儀,從顯示器上顯示出云高,用儀器代替了肉眼觀測,但云底對弧光的反射,也不是精確到毫無誤差的程度。所以,談測云的精度,僅僅是激光測云儀相對于所有的幾種測云手段進行比較而言。從激光測云儀本身來說,計數(shù)器的分辨率為±5米??紤]到計數(shù)器電路的延時,振蕩器的穩(wěn)定度,激光波形的前沿變化,仰角精度等等,經過實測固體目標,誤差不大于±10米。而跟氣球入云法、云幕燈測云法和弧光測云儀測云高等此較,激光測云儀測出的云高略為偏低。可以認為,激光測云儀是測量精度較高的一種測云儀器。
激光測云儀發(fā)射出的脈沖激光是在大氣中傳播的。由于大氣中包含有多種氣體而且含有塵埃、煙、水滴,還經常發(fā)生風、雨、雪等自然現(xiàn)象,所有這些都直接影響了激光在大氣中的傳播。而且脈沖激光的反射物是云,云是多種多樣的,各種云的結構也是不同的,從組成云的微粒來看,有大有小,這一切都影響激光測云儀的測程。
對儀器本身而言,要提高測程主要是從三方面著手:一是提高激光的發(fā)射功率,二是利用光學系統(tǒng)減小激光的發(fā)散角和增大接收光學系統(tǒng)的面積,三是采用高靈敏度低噪聲的光電轉換器件。但是,由于接收光能量與欲測距離的四次方成反此,因此無論提高那個單項指標都難以使儀器的測程成倍地增加。