测云仪的原理与特点
探测方式分为垂直探测和扫描探测两种。探测原理是:激光器对准云底发射脉冲光束,接收来自云滴对激光产生的后向散射光;根据从发射激光脉冲到接收到回波信号的时间和激光束的仰角,算出云底高度。如果激光光束穿透云层后 能量尚未衰减殆尽,再遇到第二层甚至第三层云时,仍可测到云滴的后向散射光信号,从而测得云的层次和厚度。由于这种回波信号较弱,测得的云的层次和厚度有时误差较大。激光测云仪也可用来研究激光束在云中的衰减情况。
精度
由于空气和云本身没有明显的分界面,过去,用气球入云法测云高是指肉眼看球升入云中,当看不见气球了,作为入云的时间,以此计算云高;飞机报云高,也是报飞机刚入云体时的高度;虽然后来发展了弧光测云仪,从显示器上显示出云高,用仪器代替了肉眼观测,但云底对弧光的反射,也不是精确到毫无误差的程度。所以,谈测云的精度,仅仅是激光测云仪相对于所有的几种测云手段进行比较而言。从激光测云仪本身来说,计数器的分辨率为±5米。考虑到计数器电路的延时,振荡器的稳定度,激光波形的前沿变化,仰角精度等等,经过实测固体目标,误差不大于±10米。而跟气球入云法、云幕灯测云法和弧光测云仪测云高等此较,激光测云仪测出的云高略为偏低。可以认为,激光测云仪是测量精度较高的一种测云仪器。
激光测云仪发射出的脉冲激光是在大气中传播的。由于大气中包含有多种气体而且含有尘埃、烟、水滴,还经常发生风、雨、雪等自然现象,所有这些都直接影响了激光在大气中的传播。而且脉冲激光的反射物是云,云是多种多样的,各种云的结构也是不同的,从组成云的微粒来看,有大有小,这一切都影响激光测云仪的测程。
对仪器本身而言,要提高测程主要是从三方面着手:一是提高激光的发射功率,二是利用光学系统减小激光的发散角和增大接收光学系统的面积,三是采用高灵敏度低噪声的光电转换器件。但是,由于接收光能量与欲测距离的四次方成反此,因此无论提高那个单项指标都难以使仪器的测程成倍地增加。