Способ определения вертикального профиля ветра в атмосфере

Изобретение относится к области метеорологии и касается способа определения профиля ветра в атмосфере. Способ включает в себя излучение приемопередатчиком длинных когерентных импульсов, регистрацию отраженного сигнала, получение доплеровского сигнала на различных высотах в различных направлениях зондирования. Уточнение профиля скорости ветра в пределах длинного участка проводят с учетом полной формы доплеровских спектров по двум или нескольким направлениям зондирования, в которых ширина спектра максимальна и с учетом закона ослабления принимаемой мощности от расстояния до приемопередатчика. Технический результат заключается в повышении чувствительности измерительной системы. 1 ил.

 

Изобретение относится к дистанционному зондированию атмосферы, к метеорологии.

Известен способ определения профиля проекций скоростей на направление измерений, основанный на излучении непрерывного немодулированного излучения на двух длинах волн, с различным ослаблением в среде распространения и получения информации о дальности по отношению спектральных плотностей доплеровского сигналов на этих длинах волн [1]. Этот способ ограничен монотонными зависимостями проекции скорости от дальности. Другим способом является томографический метод определения профиля ветра (по интегральным доплеровским проекциям, полученным вдоль многообразия прямых), описанный в [2], в котором излучается непрерывное немодулированное излучение, регистрируются доплеровские спектры сигнала, рассеянного в обратном направлении, а информацию о высоте Н и соответствующей скорости V получают из полной формы доплеровских спектров, в том числе из сравнения мощности излучения, пришедшего от определенного слоя рассеивателей. Недостатком этого способа является неточность привязки по высоте, особенно сильно проявляющаяся при немонотонных профилях ветра.

Наиболее близким аналогом является импульсно когерентный метод, основанный на излучении серии когерентных импульсов малой длительности [3]. В данном способе по времени задержки отраженного излучения определяют дальность до селектируемого объема, а по средней доплеровской частоте отраженного сигнала определяют проекцию скорости рассеивателей на направление зондирования. На основе проекций скорости, полученных для различных направлений зондирования, вычисляется скорость и направление ветра на каждой высоте. Недостатком этого способа является широкая полоса приема, требуемая для неискаженной регистрации коротких отраженных импульсов, длительностью τи, что снижает отношение сигнал/шум, ухудшает потенциал радиолокатора и возможности измерения при слабых сигналах.

Технический результат предложенного способа заключается в повышении потенциала и чувствительности измерительной системы за счет использования длинных импульсов (повышения отношения сигнал/шум) и дальнейшего томографического восстановления профиля ветра в пределах каждого импульса с привязкой по высоте к началу и концу каждого импульса.

Для достижения технического результата используют излучение с длинными импульсами, протяженность которых во много раз больше, чем требуемое пространственное разрешение. По времени задержки импульса определяют расположение импульса в пространстве, в частности высоту начала и высоту конца импульса. Затем проводится вычисление профиля скорости рассеивателей по высоте в пределах протяженности импульса по формуле (1), в которой учитывается закон изменения мощности принимаемого сигнала от высоты

где H - текущая высота,

Hi - высота, соответствующая началу импульса,

V - текущая проекция скорости ветра, соответствующая текущей высоте H,

Vi - проекция скорости ветра на высоте, соответствующей началу импульса Hi,

F(h) - известная для конкретной измерительной системы зависимость принимаемой мощности сигнала от высоты h, которая связана с дальностью R и местным углом зондирования β соотношением h=R sin(β),

А - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров измерительной системы и отражаемости рассеивателей,

S(v) - спектральная плотность мощности регистрируемого доплеровского сигнала, полученная при использовании длинных импульсов

В данном соотношении коэффициент А определяется из условия равенства мощности сигнала, вычисленного, с одной стороны, как интеграл от принимаемой мощности, которая зависит от дальности вдоль протяженности всего импульса зондирования, а с другой стороны, мощности, вычисленной как мощность всего доплеровского спектра.

Подынтегральную функцию F(H) для волновой зоны передатчика и множественной цели, каковыми являются отражения от неоднородностей атмосферы или осадков, можно представить в виде

где γ - линейный коэффициент ослабления.

Достоинством метода по сравнению с традиционными импульсно когерентными системами является работа с длинными импульсами, что позволяет сузить полосу приема, повысить отношение сигнал/шум и, тем самым, повысить чувствительность радиолокатора к слабым сигналам.

На фиг. 1 представлен пример немонотонного изменения профиля ветра V(H), представленный в полярных координатах в виде годографа - множества проекций концов вектора ветра на горизонтальную плоскость. Поскольку вектор ветра имеет горизонтальное направление, то его вертикальный профиль можно полностью задать зависимостью модуля скорости от высоты V(H) и зависимостью азимута ветра от высоты α(H). Каждой точке годографа соответствует своя высота. Азимутальные углы отсчитываются от направления на север по часовой стрелке. Зондирование проводится в различных направлениях αз. Для слоя рассеивателей (H4,H5) граничные частоты в доплеровском спектре (проекции скоростей на направление зондирования αз) будут равны V(H4), V(H5).

Пример реализации способа представлен на фиг. 1

Пусть слой рассеивателей располагается от уровня земли H1 до высоты Н5=2000 метров. Пусть местный угол зондирования β составляет 30°. При зондировании длинными импульсами пространственная протяженность по дальности составляет 1000 метров, протяженность импульса по высоте составит 500 метров. При этом весь слой рассеивателей и годограф ветра разделятся на участки по 500 метров. Зондирование проводят при различных азимутах a3i, например через каждые 30°. αзi=0°, 30°…330°. В каждом направлении получают по 4 доплеровских спектра, соответствующих 4 различным участкам высот. Для каждого участка высот, например Н4…Н5, получают набор из 12 спектров, измеренных при одинаковом угле места и различных направлениях азимута αзi. Из данного набора спектров выбирают 2 спектра, которые имеют наибольшую ширину (однозначное соответствие между проекцией скорости и высотой), затем для каждого участка высот проводят уточнение профиля скоростей на основе зависимости мощности сигнала от дальности до станции.

где S(v′) - это доплеровский спектр, полученный на участке высот Н4 - Н5

Коэффициент А вычисляется из сравнения полной мощности сигнала на этом участке.

В микроволновом диапазоне длин волн поглощением излучения по трассе можно пренебречь, γ=0. Тогда, с учетом (2), уравнения (3) и (4) преобразуется к виду:

Из уравнений (5) и (6) получаем профиль проекции скорости ветра Vi(H) на направление зондирования αзi на участке H4-H5. Аналогичная процедура, проведенная для второго направления зондирования αзi+1, позволяет получить проекции скорости ветра Vi+1(R). По двум проекциям вектора можно однозначно вычислить вектор ветра V(H), т.е. модуль вектора ветра V(H) и его направление α(Н) на всем участке высот Н45. Проводя аналогичную процедуру для каждого участка высот, можно полностью восстановить ветровой профиль.

Изобретательский уровень предлагаемого технического решения подтверждается отличительной частью формулы изобретения.

Литература.

1. Стерлядкин В.В. Авторское свидетельство СССР №1795372, кл. G01P 5/00, 1990.

2. Горелик А.Г., Стерлядкин В.В. Доплеровская томография в радиолокационной метеорологии, Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т. 26. №1. С. 47-54.

3. Стерлядкин В.В. Кононов М.А., Быковский. Оценка погрешности измерения профиля ветра методом круговых диаграмм с применением метеорологической радиолокационной станции миллиметрового диапазона длин волн. Научный вестник МГТУГА, сер. Радиотехника, №176, с. 25-30.

Способ определения профиля ветра в атмосфере, основанный на излучении приемопередатчиком когерентных импульсов, регистрации отраженного сигнала, получении доплеровского сигнала на различных высотах в различных направлениях зондирования, отличающийся тем, что излучают длинные импульсы, а уточнение профиля скоростей ветра в пределах длинного участка проводят с учетом полной формы доплеровских спектров по двум или нескольким направлениям зондирования, в которых ширина спектра максимальна, с учетом закона ослабления принимаемой мощности от расстояния до приемопередатчика.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в составе комплексов радиоэлектронных средств диапазона декаметровых волн и верхней части диапазона гектометровых волн (многоканальных узлов радиосвязи, систем загоризонтной радиолокации) для оперативного определения значений оптимальных рабочих частот в диапазоне 1,5…30,0 МГц ионосферных радиотрасс различных протяженностей.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при модернизации и разработке новых систем радиозондирования (CP) с повышенной точностью, надежностью и ускоренной передачей телеметрической информации с борта аэрологического радиозонда (АРЗ) на наземную радиолокационную станцию (РЛС).

Изобретение относится к радиотехническим метеорологическим комплексам, а более конкретно оно касается доплеровских метеорологических радиолокационных станций.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при модернизации и разработке новых систем радиозондирования (CP) с повышенной точностью, надежностью и ускоренной передачей телеметрической информации с борта аэрологического радиозонда (АРЗ) на наземную радиолокационную станцию (РЛС).

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в навигационных и метеорологических системах. Достигаемый технический результат - увеличение дальности определения молниевого разряда.

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано для измерения размера градовых частиц в зоне их роста. Сущность: по данным аэрологического зондирования атмосферы строят график изменения температуры и скорости восходящих воздушных потоков по высоте облака.

Изобретение относится к геофизике и может использоваться в системе мониторинга окружающей среды, сейсмического и инфразвукового мониторинга, МЧС России, контроля околоземного космического пространства для диагностики положения эпицентральной зоны потенциальных источников протяженных перемещающихся ионосферных возмущений (ПИВ).

Изобретение относится к области радиофизики и может быть использовано для контроля за солнечной, геомагнитной и сейсмической активностью, за предвестниками землетрясения, извержения вулканов, цунами, процессами грозовой активности, динамикой мощных штормовых циклонов, а также для обнаружения ядерных и иных крупных взрывов и пожаров, больших аварийных выбросов на атомных электростанциях, запусков космических аппаратов и ракет, излучений мощных радиопередающих комплексов радиолокационного и связного назначения, средств специального воздействия на ионосферу с целью управления ее параметрами.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения прозрачности атмосферы. Сущность: осуществляют посылку в неоднородную атмосферу световых импульсов малой длительности.

Изобретение относится к радиотехнике, электросвязи, радиолокации и может быть использовано в системах диагностики плазменных явлений в ионосфере Земли. Достигаемый технический результат - получение ионограммы за интервал времени значительно меньше 1 секунды.

Изобретение относится к устройствам для измерения величины (модуля) и угла направления (аэродинамического угла) вектора истинной воздушной скорости, а также других высотно-скоростных параметров летательного аппарата (ЛА), определяющих движение ЛА относительно окружающей воздушной среды.

Изобретение относится к устройствам для измерения величины (модуля) и угла направления (аэродинамического угла) вектора истинной воздушной скорости, а также других высотно-скоростных параметров летательного аппарата, определяющих движение относительно окружающей воздушной среды.

Изобретение относится к измерительной технике, в частности к устройствам для измерения величины (модуля) и угла направления (аэродинамического угла) вектора истинной воздушной скорости, а также других высотно-скоростных параметров летательного аппарата.

Изобретение относится к области для регистрации микроперемещений морской воды. Устройство для реализации заявленного способа для измерения скорости течений и волновых процессов в океане выполнено в виде прямоугольного отрезка, открытого с торцов для воды, на одной стороне отрезка находится плоский оптический излучатель, а на противоположной стороне выполнены отверстия разного диаметра для оптических датчиков.

Изобретение относится к технической физике и может быть использовано для исследования измерителей потока насыщенного и влажного пара. Заявлен способ определения истинного объемного паросодержания и скоростей фаз потока влажного пара в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды, включающий измерение расхода, статического давления и температуры входящего в узел смешения потока перегретого пара, измерение расхода, статического давления и температуры входящего в узел смешения потока воды, измерение статического давления и температуры в паропроводе после узла смешения потоков перегретого пара и воды.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно предназначено для определения скорости ветра над морской поверхностью. Технический результат - обеспечение возможности учитывать вклад поверхностного течения в уровень отраженных водной поверхностью радиосигналов, что повышает точность определения скорости ветра. Сущность: установленным на космическом аппарате радиоальтиметром облучают водную поверхность, регистрируют отражённый назад сигнал, по фронту радиоимпульса определяют значимую высоту поверхностных волн, по времени прохождения сигнала до поверхности и обратно определяют крупномасштабный рельеф поверхности, по нему рассчитывают поле поверхностного течения, и определяют скорость ветра по величине отраженного назад сигнала с учётом значимой высоты волн и влияния поля течения на величину отражённого назад сигнала. .

Изобретение относится к методам расчета экстремальных значений гидрометеорологических параметров окружающей среды, которые используются при оценках риска индустриальной деятельности человека.

Настоящее изобретение относится к области измерения параметров потока текучей среды, протекающей по трубопроводу. Измерительное устройство для измерения скорости потока текучей среды, протекающей в трубопроводе в основном направлении потока, содержащее соединенный с трубопроводом отклоняющий узел, выполненный с возможностью отклонения потока текучей среды от оси основного направления потока трубопровода и направления потока в измерительный участок, при этом отклоняющий узел представляет собой герметичный резервуар, имеющий входную часть, соединенную с входным трубопроводом, выходную часть, соединенную с выходным трубопроводом, и отклоняющую часть, соединенную с входной частью и выходной частью, и содержащий трубчатый элемент, расположенный, по меньшей мере частично, в отклоняющей части и выходной части, причем трубчатый элемент имеет измерительный участок, снабженный средствами измерения скорости потока текучей среды, и соединительный участок, соединяющий трубчатый элемент с выходным трубопроводом, причем отношение площади поперечного сечения каждой из входной части, выходной части и отклоняющей части к площади поперечного сечения трубопровода составляет от 1:1 до 4:1.

Изобретение относится к устройству для измерения скорости текучей среды в трубе. Устройство для измерения скорости текучей среды в трубе содержит турбину и гидродинамический подшипник, содержащий подвижный полый стакан (30), один конец которого является глухим и который соединен с лопастями (10.1, 10.2, 10.3), и зафиксированный относительно трубы ствол (32), расположенный в полом стакане и содержащий, по меньшей мере, один первый канал (320), называемый каналом для впуска смазочной жидкости, и, по меньшей мере, один второй канал (325), называемый каналом для отвода смазочной жидкости.

Использование: в приборостроении, а именно, в технике измерения параметров ветра, в частности для измерения горизонтальных скоростей и направления ветра, для вертикальной компоненты скорости ветра, а также в аэропортах для обеспечения безопасности полетов воздушных судов.

Изобретение относится к области авиационного метеорологического оборудования. Бортовая система измерения параметров вектора скорости ветра содержит неподвижное ветроприемное устройство, преобразователи информативных сигналов, канал аналого-цифрового преобразования, вычислительное устройство, соединенные определенным образом. Ветроприемное устройство содержит неподвижный многоканальный проточный аэрометрический приемник, на наружной поверхности верхнего экранирующего диска которого расположен осесимметричный, например полусферический, аэрометрический приемник с определенным образом расположенными отверстиями. Вычислительное устройство содержит микропроцессор. Обеспечивается определение вектора скорости ветра на стоянке до запуска силовой установки, на стартовых и взолетно-посадочных режимах вертолета. 5 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и касается способа определения профиля ветра в атмосфере. Способ включает в себя излучение приемопередатчиком длинных когерентных импульсов, регистрацию отраженного сигнала, получение доплеровского сигнала на различных высотах в различных направлениях зондирования. Уточнение профиля скорости ветра в пределах длинного участка проводят с учетом полной формы доплеровских спектров по двум или нескольким направлениям зондирования, в которых ширина спектра максимальна и с учетом закона ослабления принимаемой мощности от расстояния до приемопередатчика. Технический результат заключается в повышении чувствительности измерительной системы. 1 ил.

Наверх