Радиоакустический способ измерения профиля ветровых потоков

 

Изобретение относнтся к радиотехнике . Повышается точностт,. Лкуст ч .излу атель 1 излучает вертик.алысо пверх акустич.ш-пгульс (АИ) с cnHyt:c4u;aiibiibiM rjanojiiicuneM. Передптчикси 2 облучают АИ электромагн. и шучением. Принимают отраженш пЧ от АИ эхо-сигнал приемником 3. Блоком и:1мсре1 ия 4 измеряют допплеровский слпиг частоты принятого сиг}(ала, а углы npJfxOAa электромат Н.колебания В 2-х лзаимно перпендикулярных плоскостях-Рлокями измерения 5 и 6, подключенными к выходу приемника 3. Ичмсряклпрофили модуля вектора г;;ямга Петра и направления вектора ;-грига п слое от поверхности земли до Высоты С (С„ - скорость ряспространания АИ, « - длитель- lioc: ь ;-р 1НЯТого cni iiajin) . 1 ил. i (Л

СО1ОЭ СОЕЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (511 4 Г 01 S | 3/95

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АЬТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОЧИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ (21) 3869473/24-09 (22) 12.03.85 (46) 23.08.86. Бюл. У 31 (71) Харьковский ордена Тгудового

Красного Энамени институт радиоэлектроники им. акад. M. Ê. ßH! åëÿ (72) В.И.Алехин, А.И.Клнпнин, И.В.Корытцев и Г,И,Сидоров (53) 621.396.96 (088.8) (56) Баринов А.M. Авиационная метеорология.- Л.: 1985, с.384.

Авторское свидетельство СССР

В 1008683 ° кл. G 01 S 13/95, 1984. (54) РАДИОАКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЭИЕРЕНИЯ ПРОФИЛЯ ВЕТРОВЬ(Х ПОТОКОВ (57) Изобретение относится к радиотехнике. Повыпается точнос1I: Акус„„SU„„1252?49 А 1 т. ч.излучатель 1 излучает вертикально «верх акустпч.импульс (АИ )

< с»!! ус с»щальным запо. имением. Перелат ик .м 2 облучают АИ злектромагн. изJló÷åíèeì. Принимакт отраженный от

И эхо-сигнал приемником 3. Блоком п. мерення 4 измеряют допплеровский сл«нг частоты принятого сигнала, а у1«ы прихода электромагH,êîëåáàíèÿ в 2-х «заимно перпендикулярных плоскостях-блоками измерения 5 и 6, подключенными к выходу приемника 3.

П м,.ря г, профили модуля вектора е;;«ига ) стр» и направления вектора .-.внга и слое от поверхности земли до высоты с С, (С„ — скорость и;с прлстранения AH, — длитель,:i-,c.-, »:-рпнятого сигнала) . 1 ил.

1252749

Траектория движения центра акустического импульса в декартовой системе координат описывается системой уравнений

1 Vx(t) dt; о

f v>ic> ае; о

J () dt, о

x(t) х+ о

y(t) - у,+

Z(t) Z + о (2) где хо, у,Z — начальные точки трао ектории;

v„(t),v (t), V> (t) — координатные составляк»щие вектора скорости движения.

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

Цель изобретения — повышение точности.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство измерения профкпя ветровых потоков (фиг.)) содержит акустический излучатель 1 передатчик 2, приемник 3, блок 4 измерения допплеровской частоты, блок 5 измерения угла прихода электромагнитных колебаний в плоскости XOZ блок 6 измерения угла прихода электромагнитных колебаний в плоскости УОХ, блок 7 вычисления компоненты »» горизонтального ветра, блок 8 вычисления компоненты Ifi горизонтального ветра, блок 9 вычисления модуля вектора сдвига ветра, блок )О вычисления угла ср направления вектора сдвига ветра.

Сущность предлагаемого способа измерения профиля ветровых потоков заключается в следующем. Текущие значения пространственного угла прихода зхо-сигнала зависят от отклонения центра излученного вертикально вверх акустического импульса синусоидальных колебаний от вертикального направления.

Степень этого отклонения зависит от распределения значений скорости и направления горизонтального ветра в слое от поверхности земли до высоты Са, При совмещенйи центра системы координат с местоположением акустического излучателя х О, уд О, Z0 О. V и V — составляющие ско5 рости горизонтального ветра в плоскостях XOZ u YOZ соответственно. — вертикальная скорость перемещения акустического импульса, pasная сумме скорости звука С и ско10 рости вертикального ветра. Поскольку блок 4 измерения допплеровской частоты измеряет допплеровский сцвиг частоты принятого сигнала,определяемый суммарным эффектом, можем счи15

Fà 1

Ч С - ----- ° Тогда

2 тать текущая координата центра получеиного акустического импульса по оси Z определяется выражением

Ф

Z(t) - ---) F (1) dt. (2 (4) о

Пространственный угол прихода принятых электромагнитных колебаний разлагается на два угла o(и р во взаимно перпендикулярных плоскостях

XOZ u YOZ. Значения этих углов могут быть измерены любым из известных

30 способов измерения угловых координат.

С учетом измеренных углов о(и ф > изменяю»Чихся во времени, текущие координаты »»(t) и y(t) вычисляются по формулам

x(t) - Z(t) tgi»,(t) h

- — — tgoe(t) f F<(t) dt; (5) о

y(t) - () tgp(t)Ii

- -р- tgP (t) j F (e) dt. (6) о

Значения составляющих скорости горизонтального ветра V„(t) и V>(t) в двух взаимно перпендикулярных плоскостях XOZ u YOZ вычисляются согласно выражениям

50 д» (t) Л а. (t) * Г И) р(,—, — rA(t)dt о

t () чФ Г

>qitl ä - „lait)Pitl ° —, — c<(+i><

Поскольку в авиации принято оценивать модуль вектора сдвига схорости ветрового потока и его направ!

z!(t) - г(ц

V„(t) - V„ (t)

CP = arctic

Y)(t) - V)(t}

25 где

40

F

50 ление, вычисляют эти величины по формулам

PY„(t) -V„ ®) .(Ч5 (Ц- Y> (tip

z (t) — г()

7! (t)- Yx (t) р-ц ct) (! 0)

Y„ (t) -y>(t)

Если плоскость YOZ проходит через северный географический меридиан, угол с(определяет азимут направления скорости ветрового потока

Ф

Устройство работает следующим образом.

При помощи акустическогд излучателя I излучают вертикально вверх акустический импульс с синусоидальным заполнением, затем при помощи передатчика 2 облучают распространякщийся в атмосфере акустический импульс электромагнитным излучением, Принимают отраженный от акустического импульса радиолокационный эхо †сигн приемником 3. Измеряют допплеровский сдвиг частоты принятого сигнала с помощью блока 4 измерения допплеровской частоты и углы прихода электромагнитного колебания я двух взаимно перпендикулярных плоскостях с помощью блоков 5 и 6, подключенных к выходу приемника

3. Вычисляют в блоке 7 согласно формуле (7 горизонтальную составляющую скорости ветра Y, а в блоке 8 согласно формуле (81 — составляющую !!ь . По сформированным в блоках 7 и 8 данным вычисляют в блоке 9 согласно формуле (9) модуль вектора сдвига скорости ветрового потока, а в блоке IO согласно формуле ()О) — угол с, характеризующий направление вектора сдвига ветрового потока.

Формула изобретения !

Радиоакустический способ измерения профиля ветровых потоков, заключающийся н том, что излучают вертикально вверх акустический импульс синусоидальных колебаний, облучают

Ф возникающие от акустического импульса неоднородности среды непрерывными электромагнитными колебаниями с длиной волны, равной удвоенной

52749 4 длине волны акустических колебаний, принимают отраженные от неоднородностей среды электромагнитные колебания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют допплеровский сдвиг частоты принятых электромагнитных колебаний, измеряют углы электромагнитных колебаний в двух вззимно пер-!

0 пендикулярных плоскостях и профили модуля вектора сдвига ветра и направления вектора сдвига в слое от поверхности земли до высоты с С (С0 — скорость распространения акус-!

5 тического импульса, c — длительность принятого. сигнала) по формулам

,,(!.l. г,(t)<)p(t), @ „ г,Ян;

1 о

Ч (Ч 4(1) (ОЯ (() 2 (1) 3( о модуль вектора сдвига ветра; угол направления вектора сдвига ветра; высота от поверхности земли, индексы выбранных высот слоя атмосферы; составляющие вектора скорости горизонтального ветра; допплеровская частота принятых электромагнитных колебаний; углы прихода принятых электромагнитных колебаний в плоскостях XOZ н YOZ длина волны электромагнитных колебаний; текущее время.

\-.

ВННННН Заказ 46! 9/4.7 Тираж 728

Подписное

Произв.-полигр. пр-тие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4