Способ измерения скорости ветра

Изобретение относится к способам дистанционных исследований атмосферы, основанных на использовании эффекта Доплера и применении фазоманипулированных сигналов, и может быть использовано для измерения скорости ветра. Сущность: при реализации способа применяют устройство, содержащее задающий, приемный каналы (1, 2 соответственно) и канал (3) выбора дальности. При этом задающий канал (1) вырабатывает частоту излучения колебаний f 0 , которые бинарно манипулированы по фазе псевдослучайной последовательностью длительностью Т с элементарным сигналом Т э . Причем Т / Т э = N * , где N * - дискретность посылок измерения во времени. Одновременно в задающем канале (1) вырабатывается аналогичный сигнал со смещением по частоте f 0 + f с м , то есть вида Ф М N ( f 0 + f с м ) . Входной отраженный сигнал имеет вид по частоте f 0 + f д о п л е р а . Входной отраженный сигнал перемножается в первом случае с выходным сигналом τ д а л ь н о с т и дальности, а во втором случае - τ д а л ь н о с т и дальности + π 2 , тем самым для выбранной дальности τ задержки устраняется манипуляция по фазе и вырабатываются непрерывные сигналы. После перемножения сигналы формируются и интегрируются их огибающие по частотам f с м + f д о п л е р а за время не менее длительности Т. После этого определяется канал с максимальной амплитудой сигнала максимальной доплеровской частоты, соответствующей скорости ветра на выбранном расстоянии. Технический результат: измерение скорости ветра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.

 

Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано для дистанционных методов зондирования атмосферы, в частности измерение скорости, направления и турбулентности ветра в вертикально-горизонтальном срезе атмосферы. Также изобретение может быть использовано в гидролокации.

Давно известны измерения скорости и направления ветра в атмосфере (см. например, Н.А. Зайцева "Аэрология", Л.: Гидрометиоиздат, 1990, стр. 36-42). Здесь используются аэрологические зонды (АРЗ) и наземные радиолокаторы.

Современными методами измерения являются использование спутниковых навигационных радиосистем (СНРС) GPS и ГЛОНАСС, приемники которых расположены на борту АРЗ и передают координаты полета на наземную базовую станцию (РЛС), по изменению которых судят о силе ветра, его направлении и турбулентности, см и турбулентност. патент РФ №2480791, по этим координатам (их изменениям) и судят о скорости, направлении и ветра.

Эти два способа обладают двумя основными недостатками:

- требует АРЗ и довольно дорогого приемника СНРС;

- в условиях очень сильных нисходящих ветровых потоках, наблюдаемых в Сибири, Арктике и Антарктике, при которых скорость ветра достигает 300-400 км/час, истинная скорость ветра (с учетом подъемной силы АРЗ) будет измерена с довольно большой ошибкой.

Общей проблемой измерения истинной скорости ветра, которая необходима для полетов самолетов и вертолетов и при ракетных, в том числе космических, и артиллерийских стрельбах, является удешевление измерений и повышение точности измерений.

Известны метеорологические радиолокационные станции, работающие на эффекте Доплера (далее MP Л), например, WSR-88D в рамках программы NEXRAD США, см. Р. Довиан, Д. Зрнич, книга "Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения". -Л.: Гидрометиоиздат, 1988, стр. 10-14, также см. распечатку стр. 13 "Радиолокационный способ измерения скорости ветра".

Наиболее близким техническим решением является МРЛ Meteor 1500 также в рамках NEXRAD, в котором передатчик и приемник всегда работают на одном и том же фазовом эталоне как базис высокоточной доплеровской обработки. Этот МРЛ позволяет отслеживать скорость ветра, поворот ветра, турбулентность или сдвиг ветра. Источник информации см. выше.

Недостатки: большая погрешность определения скорости ветра, минимальное разрешение по дальности G2.5M.

Технический результат достигается за счет построения измерения на основе фазоманипулированных сигналов.

Для решения поставленной задачи предлагается в способе измерения скорости ветра, основанном на использовании эффекта Доплера с применением фазоманипулированных сигналов, использовать задающий, приемный каналы и канал выбора дальности, осуществляя при этом следующие действия: задающий канал вырабатывает частоту излучения колебаний ƒ0, которые бинарно манипулированы по фазе псевдослучайной последовательностью длительностью Т с элементарным сигналом ТЭ, причем Т/ТЭ=N*, где N* - это дискретность посылок измерения во времени, одновременно в этом канале вырабатывается аналогичный сигнал со смещением по частоте ƒ0СМ, т.е. вида ФМN0CM), входной отраженный сигнал имеет вид по частоте ƒ0доплера, который перемножается в первом случае с выходным сигналом τ дальности, а во втором случае - τ дальности + π 2 , т.е. для выбранной дальности τ задержки устраняется манипуляция по фазе и вырабатываются непрерывные сигналы, затем эти сигналы формируются и интегрируются их огибающие по частотам ƒCMдоплера за время не менее длительности Т, после чего определяется канал с максимальной амплитудой сигнала максимальной доплеровской частоты, соответствующей скорости ветра на выбранном расстоянии. Более того, в канале выбора дальности вырабатываются опорные квадратурные сигналы с частотой ƒ0CM при сдвиге начала генерации псевдослучайной последовательности на задержку τ, соответствующую выбранной дальности.

На чертеже предоставлена структурная схема устройства, реализующая данный способ, на которой изображено:

1 - задающий канал

2 - приемный канал

3 - канал выбора дальности (КВД)

4 - передатчик

5 - генератор ВЧ с модулятором

6 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП) 1, -1, 1. -1, 1, 1…

7 - усилитель радиочастоты (УРЧ)

8 и 9 - перемножители

10 - сумматор квадратурных сигналов

11÷13 - фильтры, интегрирующие огибающую принятого сигнала на частотах fсм+fдопл (фильтры - интеграторы со сбросом)

14 - решающее устройство (РУ), в общем случае - микропроцессор

15, 16 - блоки задержки опорного сигнала и его квадратурной обработки

Электрическая структурная схема по данному способу имеет следующие соединения.

Передающий канал №1: выход генератора ГПП6 через генератор ГВЧ5 и передатчик 4 соединен с первой передающей антенной А1, одновременно выход ГПП5 соединен с вторыми входами фильтров Ф1÷ФN 11-13, второй выход ГВЧ5 соединен с блоками задержки сигналов 15 и 16.

Приемный канал 2: выход приемной антенны А2 через УРЧ7 соединен с первыми выходами перемножителей 8 и 9 соединены с сумматором 10 квадратурных сигналов, выход М которого соединен с первыми входами фильтров интеграторов Ф1N 11-13, выход последних через детекторы D1-DN (на чертеже условно показаны как диоды) соединены с решающим устройством РУ14, выход которого является выходом схемы.

Схема по данному способу работает следующим образом.

Генератор ГПП6 генерирует псевдослучайную последовательность, например, 1, -1, 1, -1, 1, 1, поступающую на ГВЧ5, который этой последовательностью посредством своего модулятора (на схеме условно не показан) вырабатывает бинарно фазоманипулируемый сигнал ФМн fo, где fo - несущая частота генератора.

Этот фазоманипулированный сигнал с первого выхода ГВЧ5 через передатчик 4 и передающую антенну А1 излучается сигналом ФМн fизл.

Одновременно с второго выхода ГВЧ5 сдвинутый по частоте сигнал fo+fсм поступает в канал выбора дальности 3, который вырабатывает опорные квадратурные сигналы с fo+fсм и вводит сдвиг начала сигналов ГПП5 на задержку, соответствующую выбранной дальности, а также производит его квадратурную обработку.

Отраженный радиолокационный сигнал поступает на вторую антенну А2 (приемную, строго говоря антенны А1 и А2 можно совмещать, т.е. будет одна антенна, но тогда нужен циркулятор, переключающий антенну с передачи на прием) в виде fизл+fдопл. и через УРЧ7 поступает на первые входы: перемножителей корреляторов 8 и 9, на вторые входы которых поступают сигналы с КВДЗ с блоков задержки 15 и 16 соответственно.

На выходе перемножителей 8 и 9 сигналы получаются в виде fсм+fдопл. и fсм+fдопл+ соответственно. Перемножители 8 и 9 устраняют манипуляцию по фазе у сигнала выбранной дальности, а остальные отраженные сигналы остаются фазоманипулированными. Затем сигналы с перемножителей поступают на сумматор 10, с выхода которого этот суммарный сигнал поступает на первые входы всех фильтров- интеграторов со сбросом Ф1…ФN, на вторые входы которых поступают сигналы той же псевдослучайной последовательности с ГПП6 уже тактовой частотой, а на их выходах получаем т.о. следующие сигналы: на выходе Ф1-fсм+fдопл1, на Ф2-fсм+fдопл2 и т.д. до ФN-fсм+fдоплN.

Сигналы со всех выходов Ф1…ФN детектируются и поступают на решающее устройство 14, которое из всех поступающих сигналов выбирает максимальный по амплитуде в момент окончания интегрирования, следовательно, на его выходе имеем номер канала, соответствующий частоте Доплера, а отсюда по программному обеспечению (СПО) рассчитывается дальность и скорость ветра, дополнительно по РЛС известен азимут и курсовой угол.

1. Способ измерения скорости ветра, основанный на использовании эффекта Доплера с применением фазоманипулированных сигналов, отличающийся тем, что в нем используют задающий, приемный каналы и канал выбора дальности, при этом последовательность действий следующая: задающий канал вырабатывает частоту излучения колебаний ƒ0, которые бинарно манипулированы по фазе псевдослучайной последовательностью длительностью Т с элементарным сигналом ТЭ, причем Т/ТЭ=N*, где N* - это дискретность посылок измерения во времени, одновременно в этом канале вырабатывается аналогичный сигнал со смещением по частоте ƒ0СМ, т.е. вида ФМN0CM), входной отраженный сигнал имеет вид по частоте ƒ0доплера, который перемножается в первом случае с выходным сигналом τ дальности, а во втором случае - τ дальности, т.е. для выбранной дальности τ задержки устраняется манипуляция по фазе и вырабатываются непрерывные сигналы, затем эти сигналы формируются и интегрируются их огибающие по частотам ƒCMдоплера за время не менее длительности Т, после чего определяется канал с максимальной амплитудой сигнала максимальной доплеровской частоты, соответствующей скорости ветра на выбранном расстоянии.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в канале выбора дальности вырабатываются опорные квадратурные сигналы с частотой ƒ0CM при сдвиге начала генерации псевдослучайной последовательности на задержку τ, соответствующую выбранной дальности.



 

Похожие патенты:

Изобретение представляет собой способ и устройство для радиолокационного измерения полного вектора скорости движения метеорологического объекта на основе измерения составляющих этого вектора скорости в ограниченной области пространства, определяемой шириной диаграмм направленности антенны, за короткое время без сканирования.

Изобретение относится к метеорологии, в частности к дистанционным методам измерения характеристик атмосферы, и может быть использовано в автоматизированных системах определения опасных для авиации явлений погоды, а также в других областях человеческой деятельности, где необходимо знание о величине заряда частиц облаков и осадков.

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах определения местоположения источников грозовых разрядов в системах сбора и обработки метеорологической информации.

Изобретение относится к области радиотехники и может быть использовано в навигационных и метеорологических системах. Достигаемый технический результат - определение дальности до молниевых разрядов без ухудшения точностных характеристик и без увеличения габаритов устройства.
Изобретение относится к области морской гидрометеорологии и может быть использовано для определения дрейфа морских льдов. Сущность: следят за перемещением морских льдов, отображая на мониторе пути их перемещения.

Изобретение относится к способам обработки сигналов в радиолокационных станциях. Достигаемый технический результат - однозначное измерение дальности до метеорологического объекта (МО).

Изобретение относится к областям радионавигации и радиолокации и может быть использовано для создания приемника многопозиционной неизлучающей радиолокационной системы, использующей в качестве сигнала подсвета воздушных целей навигационные сигналы космической системы навигации.

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.

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 контрольно-измерительной технике и позволяет исследовать ограниченные (замкнутые) вихревые потоки жидкости. Изобретение может использоваться в фундаментальных и прикладных исследованиях в экспериментальной гидродинамике.

Способ измерения векторного поля скорости протяженной поверхности относится к радиолокации поверхности Земли с космических аппаратов и может быть использован для одновременного формирования яркостных и векторно-скоростных портретов речных и океанских течений с необходимым пространственным разрешением и привязкой к координатам местности.

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.

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.

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 области физики ионосферы и может быть использовано для пассивного определения ионосферных параметров. Сущность: выполняют двухчастотный прием спутниковых сигналов ГЛОНАСС/GPS. Измеряют циклы фаз спутниковых радиосигналов, псевдодальности по коду до космических аппаратов (КА) и координаты КА. Записывают полученные данные в буферные запоминающие устройства (БЗУ). Вычисляют в каждый момент времени значения набора полного электронного содержания (ПЭС) для видимых КА с учетом вычитания значений постоянного смещения ПЭС IFB для каждого КА, хранящихся в запоминающем устройстве. Одновременно определяют координаты точки пересечения направления на КА с максимумом слоя F2. Полученные и рассчитанные данные отправляют в устройство формирования сканирующей сетки. В устройстве формирования сканирующей сетки с использованием выбранной модели ионосферы вычисляют значения ПЭС для каждого КА с учетом полученных координат для заданных вариантов интенсивности солнечного радиоизлучения на волне 10,7 см (). В устройстве сглаживания данных на основе получаемых значений ПЭС и рассчитанных ранее значений ПЭС, хранящихся в базах БЗУ, определяют сглаженные значения ПЭС. Используя значения ПЭС, полученные с использованием данных ГЛОНАСС/GPS, и значения, полученные с использованием выбранной модели ионосферы, формируют корреляционные матрицы данных и составляют функционал. Минимизируя данный функционал, определяют скорректированное значение . Используя полученное значение и выбранную модель ионосферы, формируют распределение электронной концентрации в требуемой области. При этом информацию о необходимых географических координатах получают с запоминающего устройства. Технический результат: расширение области действия и повышение быстродействия определения параметров ионосферы при приеме электромагнитных сигналов от нескольких спутников в условиях априорной неопределенности относительно шумов и помех. 4 ил.
Наверх