Радиоакустический способ определения сдвига ветра

 

РАДИОАКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СДВИГА ВЕТРА, заключающийся в том, что излучают вертикально вверх акустический импульс сииусоидальных колебаний, облучают возникающие от акустического импульса неоднородности среды непрерывными электромагнитными колебаниями с ДЛИНОЙ волны, равной удвоенной длине волны акустических колебаний, принимают отраженные от неоднородностей среды электромагнитные колебания, отличающийся тем, что, с целью -повышения точности определения сдвига ветра, измеряют длительность принятого сигнала и вычисляют модуль градиента скорости ветра в слое от поверхности земли до высоты -Са по формуле 0 где CQ - скорость распространения акустического импульса; - длительность принятого ш (Л сигнала; i-o длительность принятого сигнала при отсутствии ветра; Арэффективная площадь радиолокационной антенны; . Ад - эффективная площадь акусти- 2 ческой антенны. . 00 00 00

QQ (и) СОЮЗ СООЕТСНИХ

РЕСПУБЛИН

3Q9 G 01 S 13 95

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н ABTOPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

4-с,-„ где Со— р

А

Аа

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТЮ

1 {21) 3312344/18-09

{22) 06.07.81 (46) 30. 03.83. Бюл. Р 12 (72) М.Ю.Орлов и Б.С.Юрчак (71) Институт экспериментальной метеорологии (53) 621.396..96(088.8) (56) l. "Buee etin of the American

3feteorotogicaE Society" ч.58, 9 9, Sept., 1977,. р.910-.918.

2. "ВиМ etin of. the. American

33eteoroEogicaE Society, v.54, Ф 9, Sept, 1973, рр.912-919 (прототип)..(54)(57) РАДИОАКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ

ОПРЕДЕЛЕНИЯ. СДВИГА ВЕТРА, заключающийся в том, что излучают вертикально вверх акустический импульс синусоидальных колебаний, облучают возникающие от акустического импульса неоднородности среды непрерывными электромагнитными колебаниями с длиной волны, равной удвоенной длине волны акустических колебаний, при-. нимают отраженные от неоднородностей среды электромагнитные колебания, отличающийся тем, что, с целью .повышения тОчности определения сдвига ветра, измеряют длительность принятого сигнала и вычисляют модуль градиента скорости ветра в слое от поверхности земли до высоты 2.Сд по формуле скорость распространения акустического импульса; длительность принятого ю сигналау В длительность принятого сигнала при отсутствии ветра; эффективная площадь радиолокационной антенны; эффективная площадь акусти- Я ческой антенны.

1009683 где и

1

Л-С (а+2ай ° аиа„ (2) V(h) 2 gh, 55 где Caп<< л

Ар

Изобретение относится к метеорологии и может использоваться в авиации для предупреждения об опасных явлениях погоды при взлете и посадке летательных аппаратов.

Известны радиолокационные и акустические дистанционные бесконтактные способы измерения профиля ветра (1) .

Однако такие способы работоспособны не при всех погодных условиях. Радиолокационный способ может быть использован только при наличии отражающих радиоволны гидрометеоров, а акустический — при наличии интенсивной турбулентности, рассеивакщей зву- ковую волну. 15

Иаиболее близким к предлагаемому

I является радиоакустический способ оп-, ределения сдвига ветра, заключающийся в излучении в атмосферу в вертикальном направлении акустического 2О импульса с синусоидальным заполнением длиной волны 2Ia измерении скорости распространения этого. импульса в отдельные моменты времени с помощью допплеровского радиолокатора, непрерывно излучакщего когерентные электромагнитные колебания с длиной волны h —- 2 0, приеме отраженных сигналов и последукщем

I расчете по известной зависимости f2) .

Данный способ не позволяет с достаточной точностью измерить сдвиг ветра.

Цель изобретения — повышение точ- 35 ности определения сдвига ветра.

Поставленная цель достигается тем, что согласно радиоакустическому способу определения сдвига ветра, заключающемуся в том, что излучают 4() вертикально вверх акустический импульс синусоидальных колебаний, odлучают возникающие от акустического импульса неоднородности среды непрерывными электромагнитнж4и колебаниями с длиной волны, равной удвоенной длине волны акустических колебаний, принимают отраженные от неод" нородностей среды электромагнитные колебания, измеряют длительность принятого сигнала и вычисляют модуль градиента скорости ветра в слое от поверхности земли до высоты С>С по формуле скорость распространения акустического импульса; длительность принятого сиг- 60. нала( длительность принятого сигнала при отсутствии ветра) эффективная площадь радиолокационной.антенны(A —. эффективная площадь акуса тнческой антенны.

На чертеже представлена структурная электрическая схема устройства, реализующего предлагаемый способ.

Устройство содержит акустический излучатель 1, передатчик 2 радиолокационной станции, приемник 3 радиолокационной станции, пороговый блок 4 и измеритель 5 длительности.

Сущность предлагаемого способа заключается в том, что длительность зхо-сигнала зависит от степени перекрытия распространяющегося в атмосфере акустического импульса диаграммной направленности радиолокатора °

Степень этого перекрытия зависит от высоты и модуля сдвига (градиента, ветра. Таким образом, длительность эхо-сигнала оказывается эавсящей от модуля сдвига ветра.

Интенсивность радиолокационного эхо-сигнала, отраженного от акустического импульса, при наличии переменного с высотой ветра и условии, что (V/Ñ. ) (с 1 (где Ч вЂ” скорость ветра, Ca — скорость звука), а условие синхронизма >(ц = 1/2jl> выполняется точно, можно записать в виде

)IeI=)) -„е>р --I(I>I)()d)() ) i о постоянный коэффициент, зависящий от характеристик радиоакус-, тической установки; высота зондирования; интенсивность падакщего электромагнитного излучения; размеры радиолокационной и акустической антенн соответственно.

При наличии больших сдвигов ветра зависимость скорости ветра от высоты в пределах нескольких десятков метров над уровнем земли можно аппроксимировать выражением где (З вЂ” вертикальный градиент ветра.

Считая, что минимально обнаруживаемая интенсивность эхо-сигнала равна

Хщ,„, уравнение (1) с учетом (2) можно записать в виде

1о Г (14

)„,„.П „, e>p(- g h „) (3)

"max откуда можно получить

1008683 2

/\ — AEh

-а"

Состав итель В. Калмыков

Редактор А.Дежнина Техред A. Бабинец Корректор М. Коста

Заказ 2332/57 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35,.Раушская наб., д. 4/5

Филиал НПП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Из формулы (3), в частности, следует, чтоприа=0

- п "vox,о °

1оп (5) где Ьщ х о — максимальная дальность зондирования при отсутствии сдвига ветра.

С учетом (5) выражение (4) можно представить в виде

g = -х — 8п ),,(6)

2 4А hoax o max

Учитывая, что длительность эхосигнала равна 7 = h/Сд, окончательно имеем

2 /\ ф= Ae —, (7) а" л где со - длительность эхо-сигнала при отсутствии сдвига ветх ра; — длительность эхо-сигнала при наличии сдвига ветра.

Поскольку при измерениях сдвига ветра по предлагаемому способу не нужно определять. скорость распространения акустического импульса, то применение допплеровского радиолокатора не обязательно, можно применить более простой и дешевый некогерентный радиолокатор.

Измерение сдвига ветра в пограничном слое атмосферы согласно предлагаемому способу производят следукщим образом.

При помощи акустического излучателя 1 излучают вертикально вверх акустический импульс с синусоидальным заполнением, затем при помощи передатчика 2 радиолокационной станции облучают распространякщийся . в атмосфере акустический импульс электромагнитным излучением, Принимают отраженный от акустического импульса радиолокационный эхо-сигнал приемником 3 радиолокационной станцйи.Измеряют .длительность эхосигнала с помощью порогового бло.ка 4 я измерителя 5 длительности,под ключенных к выходу приемника радиолокатора. Вычисляют модуль .сдвига !

О ветра по Формуле где Са — скорость звуда;

A = С (а + 2a ); а и а — размеры радиолокационной и акустической антенн соответственно;

- длнтельнос:ь эхо-сигнала;

20 заранее определенная длительность эхо-сигнала при отсутствии, сдвига ветра.

Значение 7 находят с помощью пе25 речнсленных выше операциЯ при услови ях, когда сдвиг ветра отсутствует. Отсутствие сдвига ветра подтвержда.ется результатами наблюдения за полем ветра известными способами (ра30 диозонд, дымовые струи и т.п.).

Значение со-является постоянным коэффициентом для данной измерительной системы и определяется один раэ при установке системы на мес е ее постоянной работы. Затем это значение используется во всех последующих измерениях.

Таким образом, предлагаемый способ позволяет определить не только

4 профили температуры, но и сдвиги ветра.