Радиоакустическое устройство для измерения сдвига ветра

 

Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокационным устройствам метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов. Цель изобретения - повышение точности измерения сдвига ветра в приземном слое атмосферы. Цель достигается тем, что радиоакустическое устройство содержит генератор 2 импульсов звуковой частоты, акустическую антенну 22, генератор 1 радиочастоты, радиопередающую антенну 17, четыре радиоприемные ан

Со)ОЗ СОВЕ СКИХ

СОЦИАЛИСти И СКИХ

РЕСПУБЛИК (gg)g G 01 S 13/95

ГОСУДАРСТВЕ ННЫ Й КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4718044/09 (22) 10.07,89 (46) 07.11.91, Бюл. 1Ф 41 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад. M.Ê.ßíãåëÿ (72) В.И.Алехин, В-.В.Доро вский, И.В. Корытцев и Г.И.Сидоров (53) 62,1.396.96(088,8) (56) Каллистратова М.А., Кон А.И. Радиоакустическое зондирование атмосферы. — М.;

Наука, 1985, с. 199.

Авторское свидетельство СССР

М 1252749, кл. G 01 S 13/95, 1,985.,, SU, 1689899 А1 (54) РАДИОАКУСТИЧЕСКОЕ УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СДВИГА ВЕТРА (57) Изобретение относится к радиотехнике, в частности к радиолокационным устройствам метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов. Цель изобретения — повышение точности измерения сдвига ветра в приземном слое атмосферы. Цель достигается тем, что радиоакустическое устройство содержит генератор 2 импульсов звуковой частоты, акустическую антенну 22, генератор 1 радиочастоты, радиопередающую антенну 17, четыре радиоприемные ан1689899!

TpHHbl 18-21, две суммарно-раэностных блока

3 и 5, блок 4 суммы,три блока 6, 7 и 8усиления, два фаэовращателя 9 и11 на 90О блок10АРУ, два блока 12 и 14 измерения углов прихода радиосигнала, блок 13 измерения доплеровской частоты, генератор 16 синхроимпульсов и вычислительHûé блок 15, что позволяет

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться для метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов.

Целью изобретения является повышение точности измерения.

На фиг.1 представлена структурная электрическая схема радиоакустического устройства для измерения сдвига ветра; на фиг.2 — траектория движения акустического пакета под действием ветровых потоков и конфигурация антенной системы радиоакустического устройства.

Радиоакустическое устройство содержит генератор 1 радиочастоты, генератор 2 импульсов звуковой частоты, первый суммарноразностный блок 3, блок 4 суммы, второй суммарно-разностный блок 5, три блока 6-8 усиления, первый фазовращатель 9 на 90, блок 10 автоматической регулировки усиления, второй фазовращатель 11 на 90, первый блок 12 измерения углов прихода, блок 13 измерения допплеровской частоты, второй блок 14 измерения углов прихода, вычислительный блок 15, генератор 16 синхроимпульсов, радиопередающую антенну. 17, четыре радиоприемные антенны 18-21, акустическую антенну 22.

Радиоакустическое устройство для измерения сдвига ветра работает следующим образом.

По команде из генератора 16 синхроимпульсов генератор 2 импульсов звуковой частоты с помощью акустической антенны 22 излучает акустический импульс вертикально вверх. Траектория движения акустического пакета под действием воздушных потоков (фиг.1) может быть описана как перемещение конца радиус-вектора R(t), соединяющеготочку излучения (начало координат) с текущим местоположением акустического пакета.

Излученный акустический импульс соосно облучается непрерывным радиосигналом с помощью генератора 1 радиочастоты и радиопередающей антенны 17. Отраженный радиосигнал принимают четырьмя радиоприемными антеннами 18-21, обрабатывают в суммарно-разностных блоках 3 и 5, блоке 4 суммы, усиливают до необходимого уровня и нормируют с помощью блока 10 автоматической регулировки усиления (АРУ) в блоках реализовать многоканальный прием радиосигнала, отраженного от переносимого ветровыми потоками акустического пакета, Таким образом обеспечиваются измерение угловых координат пакета и вычисление скорости и направления горизонтального ветра и его сдвига по высотам, 2 ил.

6-8 усиления сигнала, в блоке 13 измеряют допплеровский сдвиг частоты отраженного сигнала, а в блоках 12 и 14 — углы прихода аиротраженного радиосигнала во взаимно перпендикулярных плоскостях XOZ u YOZ соответственно. Ввиду прямолинейности распространения радиоволн длина вектора

R(t) может быть вычислена по измеренному значению допплеровского сдвига частоты

Fz(t) по формуле

R(t) = fVR (с) Й = — JF,(с) й, о 2 о где Чр — радиальная скорость распространения акустического пакета;

Яе- длина радиоволны.

Текущие значения углов а (с) и P(t}, характеризующих угловое положение радиус-вектора R(t), содержатся в сигналах, формируемых взаимосвязанными приемными антеннами 18-21 и блоками 3-5.

Фазовый сдвиг Лр, обусловленный разностью хода отраженного радиосигнала от центра пакета до фазовых центров антенн 18 и 21, равен

Лр= 2л1 sin(a/,4, где I — расстояние между фазовыми центрами антенн 18 и 21, После усиления с нормировкой по суммарному сигналу в блоках 6 и 8 с помощью блока 10 АРУ в разностный сигнал вводится дополнительный фазовый сдвиг 90О. Это необходимо для того, чтобы обеспечить равенство нулю выходного напряжения блока измерения.угла а при совмещении центра акустического пакета с равносигнальным направлением.

С учетом работы АРУ по суммарному сигналу и коэффициента передачи Кфд фа40 зового детектора на выходе фазового детектора, входящего в блок 12, имеют

3(а)= Код tg sin o . к!

Величина $Щ определяет пеленгационную характеристику радиоакустической системы в плоскости XOZ и одновременно является напряжением на выходе фазового детектора блока 14. Полярность напряжения на выходе блока 12 определяет направ50

168gagg ление отклонения пакета, а величина — степень отклонения.

Измеренные значения Гд(т), а(с) и j3 (с) поступают в вычислительный блок 15, где вычисляются составляющие скорости горизонтального ветра в каждом i-м слое по алгоритмам

i+7 !+1 л /»9Ы;„Г Гдк tqd, F9N

to a;,-, г дк t)J3 .Г. дк

{ч,),,=

Ч Р» Ф 9

При этом модуль сдвига ветра определяется как

g (! — 1} = vr !) — чг ! = »/! „! f + !»»! /х I» I Vу lf а направление сдвига ветра ф(1 — )) =P P =агсю!,„, arctg

Величина — база системы, является одним из наиболее существенных параметров системы, поскольку она определяет крутизну пеленгационной характеристики системы (точность определения угла), а также неоднозначность измерений, вызванную набегом фазы, кратным л, Минимальна-» величина базы I ограничена размерами совмещенных акустической и радиопередающей антенн, а максимальная ее величина — расстоянием, при котором еще обеспечивается однозначность измерений ! макс= е/2 з!п»макс

При заданной длине волны величина макс определяется максимальным измеряемым углом амакс, В случае радиоакустики величина амакс — это максимально возможное отклонение центра акустического пакета за счет сноса его горизонтальным ветром. При очень сильном ветре 30 м/с, (108 км/ч) постоянном по высоте зондирования, отклонение пас кета в одной плоскости не превысит б, поэтому !макс=5 Ле, Диаметр радиопередающей и акустической антенн определяется прежде всего необходимой шириной диаграммы направленности на уровне половинной мощности. Необходимо, чтобы даже при максимальном сносе пакета ветром центр его всегда находился в пределах главного лепестка диаграммы направленности радиопередающей антенны и всегда облучался электромагнитной энергией. Ширина диаграммы направленности акустической антенны в плоскостях X0Z и

YOZ должна быть равна амакс и Щкс, радиопередающей антенны — 2<хмакс и 2 Рмакс а

10 каждой из четырех.радиоприемных антенн — не менее

Омин=arctg (d /2 ), где (хмакс и фмакс предельно возможные углы сноса акустического пакета от в ртикали в плоскостях XOZ и YOZ:

Яа- длина радиоволны; а- длина акустической волны; б, — диаметр радиопередающей антенны;

n — число периодов акустической волны в пакете.

Крутизна пеленгационной характеоистики равна

М=Кфд К 1/Яа

Отсюда видно, что крутизна (точность) при фиксированной 4 прямо пропорциональна базе системы i. Поэтому в допустимых пределах величина выбирается исходя из необходимой точности определения углов г прихода и допустимыми габаритными размерами всей системы, Формула изобретения

Радиоакустическое устройство для измерения сдвига вЕтра, включающее послеЗ0 довательно соединенные генератор импульсов звуковой частоты и акустическую антенну, последовательно соединенные генератор радиочастоты и радиопередающую антенну, первую радиоприемную антенну, первый и второй блоки измерения углов прихода отраженного радиосигнала, блок измерения допплеровской частоты и вычис-. лительный блок, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности измерения, дополнительно введены три радиоприемные антенны, два суммарно-разностных блока, блок суммы, три блока усиления, два фазовращателя на 90, блок автоматической регулировки усиления и генератор синхро45 импульсов, причем первая и четвертая радиоприемные антенны подключены соответственно к первому и второму входам первого суммарно-разностного блока, вторая

»и третья радиоприемные антенны подключены к первому и второму вход м, суммирующие выходы первого и второго суммарно-разностных блоков подключены соответственно к первому и второму входам блока суммы, раэностные выходы первого и второго суммарно-разностных блоков подключены к первым входам первого и третьего блоков усиления, выходы которых через фазовращатели на 90 подключены соответственно к первым входам первого и второго блоков измерения углов прихода, первый вход второго блока усиления соединен с выходом блока суммы, а выход подключен к входу блока автоматической регулировки усиле1689899

Составитель А. Кочин

Техред М.Моргентал Корректор О.Ципле

Редактор И. Шулла

Заказ 3812 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 ния, вторым входам первого и второго блоков измерения углов прихода, первому входу бло, ка измерения допплеровской частоты, выход которого подключен к второму входу вычислительного блока, выход блока автоматической регулировки усиления подключен к вторым входам первого, второго и третьего блоков усиления, первый выход генератора синхроимпульсов. подключен к входу гене, ратора звуковой частоты, второй выход генератора синхроимпульсов — к четвертому входу вычислительного блока, выходы первого и второго блоков измерения углов при5 хода подключены соответственно к первому и третьему входам вычислительного блока, второй выход генератора радиочастоты подключен к второму входу блока измерения допплеровской частоты.