Способ определения влажности воздуха радиоакустическим зондированием атмосферы

 

Изобретение ртносится к радиометеорологии и может быть использовано при составлении радиоклиматических карт и вработах по контролю загрязнения атмосферы. Цель изобретения - повышение точности определения влажности воздуха при зондировании в условиях турбулентности и наличия ветра в атмосфере. Способ отличается тем. что одновременно с основным излучают дополнительный акустический импульс, принимают отраженный от него электромагнитный сигнал и измеряют его мощность, раздельно принимают отраженные от температурных и ветровых неоднородностей акустические сигналы, измеряют их мощности и доплеровский сдвиг частоты акустического сигнала, отраженного от температурных неоднородностей. и с учетом реальных турбулентного ослабления энергии звуковых волн и радиуса поперечной когерентности фазового фронта звуковых волн вычисляют коэффициент молекулярного поглощения звука, который используют при определении влажности воздуха. 1 ил.Изобретение относится к радиометеорологии и может быть использовано при составлении радиоклиматических карт и в работах по контролю загрязнения атмосферы.Известен способ измерения влажности, основанный на расчете разности коэффициентов ослабления звуковых волн двух частот, проводимого по данным измерения принимаемой мощности радиолокационных сигналов на двух частотах.Недостатком этого способа является низкая точность измерения влажности воздуха, обусловленная наличием частотныхзависимостей коэффициента турбулентного ослабления звука и радиуса поперечной когерентности фазы волнового фронта акустического импульса.Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ радиоакустического зондирования для определения влажности воздуха по значению коэффициента ослабления звука, вычисленномупоогибающей электромагнитного эхо-сигнала.Недостатком этого способа является низкая точность определения влажности воздуха, поскольку мощность отраженного^00о о•vj

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я)5 G 01 $13/95

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4819420/22 (22) 24.04,90 (46) 07.12.92. Бюл. М 45 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад. M.Ê. Янгеля (72) С.И. Бабкин (56) Бабкин С.И„Максимова Н.Г„Панченко

А.IO. и др. Измерение влажности воздуха радиоакустическим зондированием атмосферы.

Труды iX Всесоюзного симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, ч. 2. Томск ИОА СО АН СССР.

1987. с. 145-148.

Авторское свидетельство СССР

М 671535, кл. G 01 $ l3/95, 1984. (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА РАДИОАКУСТИЧЕСКИМ

ЗОНДИРОВАНИЕМ АТМОСФЕРЫ (57) Изобретение относится к радиометеорологии и может быть использовано при составлении радиоклиматических карт и в

Изобретение относится к радиометеорологии и может быть использовано при составлении радиоклиматических карт и в работах по контролю загрязнения атмосферы.

Известен способ измсрения влажности, основанный на расчете разности коэффициентов ослабления звуковых волн двух частот, проводимого по данным измерения принимаемой мощности радиолокационных сигналов на двух частотах.

Недостатком этого способа является низкая точность измерения влажности воздуха, обусловленная наличием частотных

» "Ы 1780071 А1 работах по контролю загрязнения атмосферы. Цель изобретения — повышение точности определения влажности воздуха при зондировании в условиях турбулентности и наличия ветра в атмосфере. Способ отличается тем, что одновременно с основным излучают дополнительный акустический импульс, принимают отраженный от него электромагнитный сигнал и измеряют его мощность, раздельно принимают отраженные от температурных и ветровых неоднородностей акустические сигналы, измеряют их мощности и доплеровский сдвиг частоты акустического сигнала, отраженного от температурных неоднородностей, и с учетом реальных турбулентного ослабления Я энергии звуковых волн и радиуса поперечной когерентности фазового фронта звуковых волн вычисляют коэффициент молекулярного поглощения звука, который используют при определении влаж- Я ности воздуха. 1 ил. зависимостей коэффициента турбулентного ослабления звука и радиуса поперечной когерентности фазы волнового фронта акустического импульса.

Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ радиоакустического зондирования для определения влажности воздуха по значению коэффициента ослабления звука, вычисленному по огибающей электромагнитного эхо-сигнала.

Недостатком этого способа является низкая точность определения влажности воздуха, поскольку мощность отраженного электромагнитного сигнала зависит не только от молекулярного ослабления звука, определяемого наличием водяного пара в атмосфере, но и от скорости ветра и турбулентности атмосферы.

Целью изобретения является повышение точности определения влажности воздуха при зондирования в условиях турбулентности и наличия ветра в атмосфере.

Поставленная цель достигается тем, что одновременно с основным излучают дополнительный акустический импульс, принимают радиосигнал, отраженный от дополнительного акустического импульса, и измеряют его мощность, принимают отра>кенный от температурных неоднородностей атмосферы суммарный (основной и дополнительный) акустический сигнал, определяют мощность и доплеровский сдвиг частоты этого сигнала, принимают отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы суммарный акустический сигнал и измеряют его мощность, определение коэффициента ослабления ведут с учетом мощностей радиосигналов, отраженных от основного и дополнительного акустических импульсов, и мощностей суммарных акустических сигналов, отраженных от температурных и ветровых неоднородностей атмосферы, а частоту доплеровского сдвига суммарного акустического эхо-сигнала используют при определении температуры воздуха. При этом точку излучения дополнительного акустического импульса выносят навстречу ветру на расстояние 0,5-5 м от точки излучения основного акустического импульса, суммарный акустический сигнал, отраженный от температурных неоднородностей атмосферы, принимают в точке излучения основного акустического импульса, а суммарный акустический сигнал, отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы, принимают в точке, вынесенной навстречу ветру по линии, проходящей через точки излучения акустических импульсов, в направлении на трассу зондирования под углом 45 к горизонту, На черте>ке представлена структурная схема устройства для реализации данного способа.

Устройство содержит доплеровский оадиолокатор 1 с передающей 2 и приемной 3 антеннами, доплеровский содар 4 с антенным переключателем 5, приемно-передающей 6, передающей 7 и приемными 8 антеннами, блок 9 формирования импульсов, блок 10 измерения параметров радиосигналов, блок 11 измерения параметров

15 акустических сигналов, ЭВМ 12 и регистратор 13.

Работа по данному способу происходит следующим образом.

Размещают передающую 2 и приемную

3 радиоантенны так, чтобы направление ветра было перпендикулярно к линии О 0, соединяющей эти антенны. От середины данной линии выносят вдоль линии 00 приемно-пеоедающую антенну 6@а

0,5-5 м), переда ю щую антенну 7 (на 0,5-5 м) и приемную антенну 8 доплеровского содара

4, При этом приемную антенну 0 выносят на расстояние, при котором направление приема акустического эхо-сигнала, отраженно го от зондируемого слоя, составляет угол

45О, отсчитываемый от горизонтали, С помощью приемно-передающей 6 и передающей 7 антенн одновременно верти20 кально вверх по сигналам блока формирования импульсов, генерируемых по командам

ЭВМ, излучают два акустических импульса

П1 и П2 с синусоидальным заполнением и одинаковыми энергетическими характери25 стиками, а при помощи передающей антенны 2 доплеровского радиолокатора излучают электромагнитный сигнал с дли- . ной волны, в два раза большей длины волны синусоидального заполнения акустических

30 импульсов.

Распространяясь одновременно и в одинаковых условиях, оба акустических импульса подвергаются одинаковому воздействию со стороны атмосферы, Под

35 действием ветра акустические импульсы последовательно пересекут совмещенные диаграммы направленности (ось 0" 0" на чертеже) передающей 2 и приемной 3 радиоантенн сначала импульс, излученный ан40 генной 6, затем импульс, иэлученный антенной 7, причем высота пересечения оси

0" О" первым импульсом определяет нижнюю границу зондируемого слоя, а высота пересечения той же оси вторым импуль45 сом — его верхнюю границу. В момент пересечения оси 0" О" акустические импульсы облучаются электромагнитными волнами, которые частично отражаются от них и принимаются антенной 3. В блоке 10

50 измерения параметров радиосигналов производится измерение мощностей радиосигналов, доплеровского сдвига частоты первого радиосигнала и интервала времени между появлением отраженных радиосиг55 налов и полученные данные заносятся в память ЭВМ.

Для получения характеристик турбулентности с целью учета ее влияния на коэффициент ослабления звука с помощью антенны

6 принимают суммарный акустический сиг"780071

20 нал, отраженный от температурных неоднородностей атмосферы, а при помощи антенны 8 — акустический сигнал, отраженный от ветровых неоднородностей. Через антенный коммутатор 5 акустические эхо-сигналы поступают на приемник доплеровского содара, где усиливаются, а затем подаются на вход измерителя 11 параметров акустических сигналов, в котором производится измерение мощностей акустических эхо-сигналов и доплеровского сдвига частоты акустического сигнала, отраженного от температурных неоднородностей, и эти данные заносятся в память 3ВМ.

После этого ЭВМ переводится в режим расчета коэффициента ослабления звука и температуры воздуха в зондируемом слое.

По значению доплеровского сдвига частоты радиолокационного эхо-сигнала и измеренного интервала времени вычисляется толщина зондируемого слоя, которая наряду со значениями мощности акустических сигналов используется для восстановления убывающей экспоненты, показатель которой равен коэффициенту ослабления звука, не зависящему от скорости ветра. Значения мощностей акустических эхо-сигналов и данные о технических параметрах доплеровского содара 4 используются для расчета структурных постоянных пульсаций температуры воздуха и скорости ветра, необходимых для вычисления коэффициентов турбулентного ослабления звука и уменьшения мощности электромагнитного эхо-сигнала,за счет укорочения радиуса поперечной когерентности фазового фронта звуковых волн. Рассчитанный коэффициент ослабления звука корректируется с использованием коэффициентов турбулентного ослабления звука и уменьшения мощности электромагнитного зхо-сигнала, после чего коэффициент ослабления звука соответствует коэффициенту молекулярного ослабления звука.

По значению доплеровского сдвига частоты электромагнитного эхо-сигнала рассчитывается температура воздуха, а по значению доплеровского сдвига частоты акустического эхо-сигнала — вертикальная компонента скорости ветра, которая используется для расчета поправки при определении температуры воздуха.

Вычисленные значения коэффициента ослабления звука и температуры воздуха выводятся на цифропечатающее устройство

13 и используются для определения искомого значения влажности воздуха.

Значения структурных постоянных пульсаций температуры воздуха и скорости

55 ветра корректируются с помощью калибровочных коэффициентов вида

Кп-(С Cn!/(Cn Cn), где (C> Cn) — структурная постоянная пульсаций метеовеличины, вычисленная по мощности суммарного акустического эхосигнала; (Cn Сп) — то же, вычисленное по мощности, принятой от одного акустического импульса; и — вид метеовеличины (температура или скорость), Профиль влажности можно получить, используя большее число точек излучения акустических импульсов, например 3-10.

Изобретение позволяет одновременно измерять скорость ветра в зондируемом слое по выражению

V = г/dt, где r — расстояние между точками излучения акустических импульсов;

dt — измеренный временной интервал.

Формула изобретения

Способ определения влажности воздуха радиоакустическим зондированием атмосферы путем излучения вертикально вверх в атмосферу акустического импульса с синусоидальным заполнением, облучения распространяющегося акустического импульса электромагнитным сигналом, длина волны которого вдвое больше длины волны акустического импульса, приема отраженного от акустического импульса электромагнитного сигнала и измерения его мощности и частоты доплеровского сдвига. определения температуры воздуха и коэффициента ослабления звука и определения влажности по значениям температуры и коэффициента ослабления звука, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения влажности при зондировании в условиях турбулентности и наличия ветра в атмосфере, одновременно с основным излучают дополнительный акустический импульс, принимают электромагнитный сигнал, отраженный от дополнительного акустического импульса, и измеряют его мощность, принимают отраженный от температурных неоднородностей атмосферы суммарный (основной и дополнительный) акустический сигнал,и измеряют его мощность и доплеровский сдвиг частоты, принимают отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы суммарный акустический эхо-сигнал и измеряют его мощность, причем определение коэффициента ослабления звука ведут с учетом мощностей электромагнитных сигналов, 1780071

Составитель В. Новиков

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Н, Король

Заказ 4436 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 отраженных от основного и дополнительного акустических импульсов, и мощностей суммарных акустических эхо-сигналов, отраженных от температурных и ветровых неоднородностей атмосферы; а частоту до- 5 плеровского сдвига суммарного акустического сигнала используют при определении температуры воздуха, причем точку излучения дополнительного акустического импульсы выносят навстречу ветру на 10 расстояние 0,5-5 м от точки излучения основного акустического импульса. суммарный акустический вигнал, отраженный от температурных неоднородностей атмосферы, принимают в точке излучения основного акустического импульса, а суммарный акустический сигнал, отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы, принимают в точке, вынесенной навстречу ветру по линии проходящей через точки излучения акустических импульсов, в направлении на трассу зондирования под углом 45 к горизонту.