Способ бистатического акустического зондирования атмосферы

 

СПОСОБ БЙСТАТИЧЕСКОГО АКУ .СТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСOEPIpli согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают импульс акустического излучения, принимают рассеянHde излучение и фиксируют интервал времени между посылкой и приемом им - . пульса акустического излучения, по величи не которого судят о метеопараметрах атмосферы, отличающийся тем. что. Изобретение относится к метеорологическому приборостроению и может быть использовано для дистанционного измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра. Известен способ бистатического акустического зондирования атмосферы, согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают звуковую волну, принимают рассеянную волну системой из кольца микрофонов и по времени задержки звукового импульса судят о температуре воздуха и скорости ветра. с целью повышения точности зондирования , в течение времени посылки импульса акустического излучения уменьшают угол между направлением посылки импульса акустического излучения и прямой, соединяющий излучатель и приемник со скоростью Со(П-1) V-d sln(a-fj8) , рад/с, cos а - (sin « + sin p) ctg (a -fp) где П - заданный безразмерный параметр, .. Со - скорость звука науровне земли; d - расстояние между излучателем и приемником. .. оги ft- углы между прямой, соединяющей излучатель и приемник, и осями диаграмм направленности передающей и приемной системы в момент времени, сов-л падающий с центром интервала времени посылки импульса. О 00 IOO В силу неоднозначности пути, проходиI ел со мого звуком в пределах диаграмм направ ленности антенн точность известного способа невысока. Наиболее близким к данному техниче скому решению является способ бистатического акустического зондирования атмосферы, согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают импульс акустического излучения, принимают рассеянное излучение и фиксируют интервал времени между посылкой и приемом импульса акустического излучения, по величине которого судят о метеопараметрах атмосферы.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5I)5 6 01 W 1/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ, рад/с, К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3548624/10 (22) 22.12.82 (46) 15.09.92. Бюл. М 34 (71) Институт оптики атмосферы Томского филиала СО АН ССС (72) А.Я. Богушевич и Н.П. Красненко (53) 551,508.9 (088.8) . (56) Литти К.Г; Акустические методы дистанционного зондирования атмосферы. — ТИИ3 Р, 1969, т. 57, М 4, с. 223-224.

Богушевич А.Я., Красненко Н.П. О возможности определения температурного профиля атмосферы методом акустического зондирования. — Метеорология и гидрология, 1982; N-З,,с. 106-110., .(54)(57) СПОСОБ БИСТАТИЧЕСКОГО АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИ РО ВАН И Я АТМОСФЕРЬ1, согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают импульс акустического излучения, принимают рассеянное излучение и фиксируют интервал времени между посылкой и приемом импульса акустического излучения, по величине которого судят о метеопараметрах атмосферы, отличающийся тем, что, Изобретение относится к метеорологическому приборостроению и может быть использовано для дистанционного измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра.

Известен способ бистатического акустического зондирования атмосферы, Согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают звуковую волну, принимают рассеянную волну системой из кольца микрофонов и по времени задержки звукового импульса судят. о температуре воздуха и скорости ветра. Ы 1088513 А1 с . целью повышения точности зондирования, в течение времени посылки импульса акустического излучения уменьшают угол между направлением посылки импульса акустического излучения и прямой, соединяющий излучатель и приемник со скоростью где П вЂ” заданный безразмерный параметр.

1<П<50;

С вЂ” скорость звука на уровне земли; б — расстояние между излучателем и приемником; аи P — углы между прямой, соединяющей излучатель и приемник, и осями диаграмм направленности передающей и приемной системы в момент времени, сов-, падающий с центром интервала времени посылки импульса, СО

В силу неоднозначности пути, проходи !Ф%Ч мого звуком в пределах диаграмм направ-,: ™ ленности антенн точноеть известного способа невысока. (л)

Наиболее близким к данному техниче-. с скому решению является способ бистатического акустического зондирования атмосферы, согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают импульс акустического излучения, принимают рассе- янное излучение и фиксируют интервал времени между посылкой и приемом импульса акустического излучения, по величине кота-. рого судят о метеопараметрах атмосферы.

1088513

cl х з«п (а+Я впвQ (â«ccc.I-c ïP)ctg вв и /вт

2ггде П вЂ” заданный безразмерный параметр, 1<П<30;

Со - скорость звука на уровне земли; 30

d — расстояние между излучателем и прием««ико«л; а и /3 — углы между. прямой, соединяющей излучатель и приемник, и осями диаграмм направленности переда«ощей и 35

«риемной антенн в маме««т времени, совпадающий с центром интервала времени поСылки импульса.

На фиг,1 приведена принципиальная схема, поясняющая способ биостати IBGKo" 40 го акустического зондирования; на фиг,2— устройство, реалиэующес способ.

Излучатель звука Т излучает в исследуемую область атмосферы импульс акустичсского излучения I«o углам а v. прямой, 45 соединяющей иэлучател ь. звука Т и п рием" ник B. Рассеян««ое излучение принимается, г«од углом 3 к этой же прямой на расстоянии а.

При фиксированных углах излучения и 50 приема а и Р импульс акустического излучения длительности Z„излученный в телесном угле ф за счет различия путей, проходимых звуковой волной, будет уширсн на величину Л ./С, где Л (. = «1- = АВ+ .55

+ВС, С вЂ” скорость звука. В результате точность измерения интервала времсни между посылкой и приемом импульса, определяемая длительностью принимаемого и«лпульОднако известный способ имеет невысокую точность зондирования иэ-за уширения длительности принимаемого звукового импульса за счет неоднозначности пути, проходимом звуковым импульсом.. 5

Цель изобретения — повышение точности зондирования.

Для этого в известном способе бистатического акустического зондирования атмосферы, согласно Которому в исследуему«о 10 область атмосферы посыла«от импуг«ьс акустического излучения, принима«от рассеянное излучение и фиксируют интервал времени между посылкой и приемом импульса акустического излучения, по величи- 15 не которого судят о метеопараметрах атмосферы,.в тече««ие времени посылки импульса акустического излучения уменьшают угол между ««аправлением посылки импульса акустического излучения и прямой, сое- 20 диняющей излучатель и приемник со скоростью з«п (а(1 ) +P) (в ):« a (вв)+slnC)) (1)

Максимальная скорость уменьшения угла Q Определяется физическими ограничениями. Например, при использовании частотного способа сканирования диаграммы направленности акустической системы, максимальная скорость V определяется длительностью т ) сектором сканирования

Ла и длиной волны акустического излучения, В этом случае максимальное значение г«араметра П не превьш)ает 50.

На фиг.2 изображено устройство, реализующее данный способ, где l — синхронизатор, 2 — передатчик, 3 — антенна с

«астотным сканированием дйаграммного луча, 4 — антенна, 5 — приемник, 6 — измеритель временных интервалов, 7-- миниЭВМ.

Передат.ик 2, управляемый сигналами с синхронизатора 1, вырабатывает мощные импульсы длительности tU электрических колебаний с линейно-изменяющейся частотой звукового диапазона и време«-«нь««4 интервалом между ними Т««большим, чем время прохождения акустического излучения по трассе зондлрования. 4 анные коле«

ca p — — t, +Л1/С неможетбыть повышена только за счет уменьшения

7«) . Уменьшить т„имеет смысл только до величины сравнимой с А /С. Уменьшение телесного угла 1))) так>ке ограничено максимальными габаритами акустических антенн и частотами сигнала.

При уменьшении угла а в течение времени т) посылки импульса акустического излучения происходит временное сжатие принимаемого рассеянного импульса. В направлении под углом a+ 1))/2 «<оторо лу соответствует более длинный путь распространения звука L1, излучение посылается ра«ч«ше, а в направлении под углом а —,1«)/2,при котором путь L2 короче, — позже, В результате рассеянная волна прихо- дит B точку приема В !10 путям «1 и 2 с меньшим запаздыванием друг относительно друга, Если обозначить через П коэффициент сжатия принятого рассеянного импульса акуст«лческого излучения П = — - где

1 напр — длительность принятого рассеянного импульса при уменьшении угла а нетрудно иэ геометрических соотношений на чертеже получить требуемую скорость уменьшения угла G

1088513 бания антенной с частотным сканированием 3 преобразуются в звуковые и посылаются в атмосферу под направлением, изменяющимся пропорционально их. частоте. Рассеянные в атмосфере звуковые импульсы принимаются другой антенной 4; разнесенной относительно первой на расстояние d, преобразуются в электрический сигнал, который поступает в приемник 5, где он усиливается, фильтруется из фона помех и детектируется. Далее огибающая принятого сигнала йоступает в измеритель временных интервалов 6; который измеряет разность во времени моментов поступления в него принятого импульса и опорного импульса с синхронизатора, совпадающего во времени с центром интервала посылки зондирующего импульса, и выдает информацию в ней на мини 3ВМ 7 в двоичном коде, позволяющей по заложенному в память алгоритму определить значение метеопараметра. Кроме того, с синхронизатора на приемник также поступает сигнал запрета на время посылки зондирующего импульса.

По сравнению с прототипом при зондировании по заявленному способу точность

5 измерений на той же дальности повышается приблизительно в 50 раз. При этом ухудшения отношения сигнал/шум не происходит.

Следовательно, при заданной максимальной погрешности измерений заявленный l0 способ существенно также повышает максимальную дальность зондирования, поскольку позволяет проводить достоверные измерения на большей дальности, где отношение сигнал/шум меньше. 3То достигает15 ся ухудшением пространственного разрешения от 20 м в прототипе до 40 м в заявленном способе. Однако пространственное разрешение в 40 м является также достаточно высоким и не достигаемым при20 борами, используемыми в настоящее время в метеорологии.

1088513

Составитель

Техред М.Моргентал

Корректор С.Лисина

Редактор Е.Гиринская

Производственно-иЗдательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 4061 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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