Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока



Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока
Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока

Владельцы патента RU 2677236:

Открытое акционерное общество "Научно-производственное предприятие "Конверсия" (RU)

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обнаружения воздушных областей, опасных для полетов летательных аппаратов и других объектов, попадающих в эти области; для получения сведений о природе опасных ветровых потоков - в метеорологии и физике атмосферы. Достигаемый технический результат – более раннее обнаружение аномалий ветрового воздушного потока и определение их направлений. Указанный результат достигается за счет того, что с помощью бортовой радиолокационной станции выявляют волновой характер и продольный тип ветрового воздушного потока, а именно выявляют на экране индикатора протяженные области водной поверхности, на которых различают полосы с одинаковым и изменяемым уровнем эхо-сигналов, выявляют периодичность расположения этих полос, направление которых совпадает с направлением ветра, измеряют длину волны ветровых воздушных волновых потоков продольного типа при различных скоростях ветра. При дополнительном обнаружении ламинарных ветровых воздушных потоков и мест их пересечения с ветровыми волновыми потоками продольного типа - областей интерференции, которые являются источниками образования бурь, шквалов, циклонов, определяют направление и дальность перемещения областей интерференции. 1 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.

 

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обнаружения воздушных областей опасных для полетов летательных аппаратов и других объектов, попадающих в эти области; для получения сведений о природе опасных ветровых потоков - в метеорологии и физике атмосферы.

Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока может быть применим для оптимального управления воздушным движением с целью экономии топлива, для оценки переноса крупномасштабных загрязняющих веществ, при исследовании кислотных дождей; Этот способ может обеспечить своевременное обнаружение областей в которых наблюдаются опасные сдвиги ветра, для обнаружения вихревых следов остающихся за тяжелыми самолетами, обнаружение областей формирования аномальных явлений ветровых волновых потоков, для использования при прогнозах погоды.

В военной области радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветра может быть использован для корректировки траекторий сброса грузов и десантирования; при посадке на авианосцы тяжелых самолетов, имеющих малую маневренность; при дозаправке в воздухе; при строительстве взлетно-посадочных полос, а также в перспективе может внести основополагающий вклад в очищение воздушной среды в ущельях, тоннелях и других малодоступных сооружениях.

Существующие радиолокационные методы обнаружения ветровых воздушных потоков основаны на данных, получаемых от наземных метеорологических радиолокаторов. К недостаткам метеорологических радиолокаторов можно отнести недостаточно высокую разрешающую способность на значительных удалениях, а также ограниченную дальность действия для обнаружения опасных областей, особенно когда требуется получение оценок в условиях полетов над обширными районами или водными поверхностями, где отсутствуют данные наземных метеослужб.

В настоящее время все воздушные суда оборудованы бортовыми радиолокационными станциями, являющимися основными погодными датчиками, которые обеспечивают возможность обнаружения облаков различного типа, грозовых образований, в том числе турбулентных областей и сдвигов ветра. Однако количество задач, обеспечивающих обнаружение опасных метеообразований с помощью бортовой радиолокационной станции может быть существенно увеличено, в данном случае за счет обнаружения опасных ветровых потоков.

В числе традиционных методов обнаружения и исследования характера ветровых воздушных потоков можно отметить следующие:

1. Определение скорости и направления ветра на различных высотах путем наблюдения за активными или пассивными «мишенями» выпускаемыми в свободный полет на шарах-зондах.

2. Исследование восходящих и нисходящих движений в атмосфере методами наблюдения за уравновешенными шарами с металлизированными оболочками, полетом планеров с радиоответчиками. Наблюдение за сбрасываемыми радиолокационными отражателями позволяют производить как качественные, так и количественные измерения, в том числе определять наличие вертикальных потоков воздуха, а также направления и скорости ветра по высотам. В атмосферу любыми способами вводятся легкие радиолокационные отражатели, которые начинают смещаться вместе с потоками воздуха. В результате анализа существующих радиолокационных способов обнаружения воздушных ветровых областей, оценки их опасности для полетов можно отметить, что они в ряде случаев являются неполноценными: например, при необходимости обнаружения (проведения измерений) на малых высотах, а также в течение длительного времени.

Основной проблемой разработки новых современных методов качественного прогноза возникновения опасных явлений в тропосфере является отсутствие физической основы, создание которой решит одну из важнейших фундаментальных проблем разделов физики атмосферы, метеорологии, прогноза погоды. [Константинова Д.Н. Автореферат «Пространственное распределение параметров грозовой деятельности и конвекции над Западной Сибирью» Томск 2013; Солдатенко С.А. «Синоптические вихри в атмосфере м океане» Соровский образовательный журнал №2, 1999.]

К одной из таких физических основ можно отнести волновые процессы, установившихся ламинарных ветровых воздушных потоков в тропосфере. Как известно, воздушные массы не застаиваются в одном и том же районе. Вскоре после возникновения воздушная масса начинает перемещаться из очага формирования в другие районы Земли. Перемещаясь, воздушные массы встречаются с другими, отличающимися температурой, влажностью, давлением и возможно обладающими новыми параметрами.

В пространственном хаосе могут зарождаться упорядоченные структуры, так называемые когерентные структуры, т.е. в определенных условиях не исключается существование волнообразных движений воздушного потока.

Крупный теоретик В. Бьеркнес разработал волновую теорию циклонов, которая объясняет взаимодействие встречающихся воздушных масс [Вайсберг Д. Погода на Земле. Метеорология. Л. Гидрометеоиздат, 1980. с. 102].

В настоящее время в верхних слоях тропосферы обнаружены крупномасштабные волновые движения (длина волны десятки км). Эти волны сходны по своему виду с волнами меньшего масштаба в нижней тропосфере. Также обнаружены волны в пограничном слое. Волновое движение в атмосфере наблюдается на самых низких уровнях, так минимальная высота обнаружения с помощью радиолокатора в настоящее время составляет примерно 30 м над уровнем моря. [Чедуик Р.Б. ст. член НИЭР, Госсард Э.Э. «Радиолокационное дистанционное зондирование ясного неба» Обзор ТИИЭР №6, 1983 с. 71] Обнаружено также большое число мелкомасштабных структур, имеющих характер разрушающихся волн («шнурков», «вихрей», «кошачьих глаз»).

Как известно, волновые процессы в воздушной среде могут развиваться над равнинной местностью, когда имеют место термически задерживающие слои (инверсии, изотермии), образующие поверхности раздела, вдоль которых происходит разрыв плотности воздуха, а также изменение скорости и направления ветра. Это так называемые инверсионные волны, которые характеризуются длиной волны, имеющих значение 400-500 м. Другой тип волновых движений ветрового воздушного потока, это так называемые горные волны, которые образуются при движении ветрового потока над или за препятствиями, а иногда и над пересеченной местностью. В качестве примера на фиг. 1, 2 ПРИЛОЖЕНИЯ приведены схемы инверсионных и горных ветровых волн. Фронт этих волн расположен по нормали к направлению ветра. Инверсионные и горные волны характеризуются колебаниями воздушной среды, происходящими в плоскости перпендикулярной направлению ветрового воздушного потока, т.е. фронт инверсионных и горных волн расположен по нормали к направлению распространения ветрового воздушного потока. Следовательно, инверсионные и горные волны относятся к волнам поперечного типа. Следует отметить, что проблемы структуры ветра в самых нижних слоях тропосферы еще не решены, хотя при исследовании этой стороны вопроса потрачено много энергии и изобретательности, при этом наибольшие трудности (по разным причинам) связаны с проблемами приземного слоя. Во-первых, из-за близости границы ветер у поверхности обычно бывает турбулентным, поэтому его изучение относится к наиболее трудным вопросам. Во-вторых, большое разнообразие видов поверхности не позволяет строго математически определить нижнюю границу. Над водной поверхностью на малых высотах (менее 30 метров) состояние волновых воздушных потоков еще не изучено, отсутствуют экспериментальные данные. [Гассард Э.Э., Хух У.Х. «Волны в атмосфере» М., Мир. 1978.]

Следует отметить, что потери народного хозяйства Российской Федерации от отсутствия полноценных оценок погодных условий (среди которых шквалы, вихри, град, грозы и др.), составляют примерно двадцать миллиардов долларов ежегодно.

Известен радиолокационный способ [Патент РФ №2293351] с помощью которого обнаруживают атмосферные области с высоким уровнем турбулентности с использованием некогерентного метеорологического радиолокатора путем вычисления корреляционной функции отраженных от метеочастиц сигналов во временных точках интервалы между которыми кратны периоду повторения радиоимпульсов, а также измеряют среднеквадратическое отклонение скорости ветра на основе расчетов. Такой способ не является достаточно точными, невозможно проводить наблюдения на малых высотах и длительное время, кроме того, использование метеочастиц требует специального оборудования.

Известен наиболее близкий способ (Патент РФ №2503030), включающий радиолокационное излучение, прием отраженных сигналов с последующей их обработкой и отображение их на экране специализированного индикаторного устройства.

Данный способ позволяет обнаружить полость циклонического вихря - торнадо и смерча, которые уже сформированы и направления их движения не определяются.

Техническим результатом изобретения является более раннее обнаружение с помощью бортовой радиолокационной станции аномалий ветрового воздушного потока, которые являются опасными областями для полетов летательных аппаратов и в дальнейшем могут преобразоваться в смерчи, торнадо и т.п.

При этом аномалии возможно определять как над водной поверхностью, так и над сушей, а также на низких высотах.

Технический результат достигается тем, что в радиолокационном способе обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока, включающем излучение, направленное на водную поверхность, прием отраженных сигналов, отображение их на экране специализированного индикаторного устройства; измерение направления и скорости ветра, облучают водную поверхность с помощью бортовой РЛС в режиме бокового обзора и определяют структуру ветрового потока в результате анализа интенсивности и геометрических характеристик отраженных сигналов, представляемых на экране индикаторного устройства в виде радиолокационного изображения участков водной поверхности при воздействии на них ветрового воздушного потока, при этом выявляют на экране индикаторного устройства протяженные области водной поверхности, на которых различают полосы с одинаковым и изменяемым уровнем эхо-сигналов, выявляют периодичность расположения этих полос, направление которых совпадает с направлением ветра, по полученному РЛ изображению определяют волновой характер и продольный тип ветрового воздушного потока, измеряют длину волны ветровых воздушных потоков продольного типа при различных скоростях ветра.

Впервые установлено, что установившиеся ветровые волновые воздушные потоки являются потоками продольного типа.

А когда ветровые волновые воздушные потоки являются потоками продольного типа, результирующая область их встречи является наиболее опасной, т.е. именно она является источником бурь, шквалов, циклонов, смерчей и т.п., что подтверждено проведенными экспериментами. При этом экспериментально установлено, что длина волны ветровых волновых воздушных потоков прямо пропорциональна скорости ветра.

При встрече двух воздушных потоков, один из которых, как правило, теплее, и влажность может различаться, образуется результирующий поток. В частном случае это может быть интерференция.

При полетах летательных аппаратов на высотах 30 и менее метров над водной поверхностью, антенну бортовой радиолокационной станции в режиме бокового обзора направляют на водную поверхность. В этом случае продольный тип ветрового волнового потока определяют по его воздействию на водную поверхность.

Целесообразно при дополнительном обнаружении ламинарных ветровых потоков и мест их пересечения с ветровыми волновыми потоками продольного типа - областей интерференции, которые являются источниками образования бурь, шквалов, циклонов, определять направление и дальность перемещения областей интерференции.

Физическая сущность изменения интенсивности радиолокационных сигналов основана на воздействии перепадов атмосферного давления (характеризующих ветровой поток) на параметры мелкоструктурной составляющей взволнованной водной поверхности, которой являются капиллярные морские волны, образующиеся за счет поверхностного натяжения. Рассеяние радиоволн носит избирательный характер за счет отражателей, геометрические размеры которых резонансным образом участвуют в переотражении электромагнитных волн и определяют уровень (интенсивность) эхо-сигнала.

Таким образом, наличие новых факторов и признаков обеспечивает у заявляемого решения новые свойства, не совпадающие со свойствами известных технических решений.

На иллюстрациях представлены данные летных испытаний:

На фиг. 1 - график зависимости длины волны ветрового воздушного потока от скорости ветра, отражающий данные экспериментов (фиг. 3-6 Приложения).

На фиг. 2 - схема взаимодействия ветровых волновых потоков продольного типа - результирующий поток. Эта схема составлена на основании экспериментов, проводимых в Баренцевом и Черном морях (фиг. 7-9 Приложения).

Таблица 1 - условия проведения эксперимента по определению зависимости длины волны ветрового воздушного потока от скорости ветра, результаты которого отражены на фиг. 1 и фиг. 2.

Таблица 2 - условия проведения эксперимента в районе острова Кильдин (фиг. 10 Приложения).

В приложении:

фиг. 1 и 2 - схемы волн поперечного типа:

на фиг. 1 инверсионные волны, на фиг. 2 – горные,

фиг. 3-6 - результаты измерений длины волны ветрового потока при различных скоростях ветра:

на фиг. 3 скорость ветра 1,5 м/с, волнение 1-2 балла, на фиг. 4 - скорость ветра 10 м/с, волнение 5 баллов, на фиг. 5 - воздействие ветра на кильватерный след, на фиг. 6 - скорость ветра 6 м/с, волнение 4 балла;

фиг. 7-9 - результаты эксперимента по выявлению мест взаимодействия ветровых волновых потоков продольного типа над морской поверхностью I, II, III - направления ветра; АА, ББ - результирующий поток;

на фиг. 9 - АА и ББ - результирующий поток;

на фиг. 10 показан частный случай - интерференция ветровых волновых потоков при расчленении основного ветрового потока одиноко стоящей горой на острове Кильдин в Баренцевом море.

В районах Баренцева и Черного морей нашим предприятием проводились натурные (летные) испытания с помощью самолета, оборудованного радиолокационной станцией бокового обзора 2-см диапазона радиоволн. Выполнялись многократные облеты участков водной поверхности при облучении их под различными углами к направлению ветра и фронту морских волн и определяли продольный тип волнового воздушного потока. Физическая сущность изменения интенсивности радиолокационных сигналов основана на воздействии перепадов атмосферного давления (характеризующих ветровой поток) на параметры мелкоструктурной составляющей взволнованной водной поверхности, которой являются капиллярные морские волны, образующиеся за счет поверхностного натяжения. Рассеяние радиоволн носит избирательный характер за счет отражателей, геометрические размеры которых резонансным образом участвуют в переотражении электромагнитных волн и определяют уровень (интенсивность) эхо-сигнала.

Перед каждым экспериментом осуществлялась калибровка приемо-регистрирующего тракта для обеспечения количественной оценки интенсивности принятых сигналов. В районах проведения летных экспериментов находились специальные корабли, с которых проводились измерения параметров ветра и морского волнения.

Структура ветрового потока определялась в результате анализа интенсивности и геометрических характеристик отраженных сигналов, представляемых в виде радиолокационного изображения участков водной поверхности при воздействии на нее ветрового воздушного потока.

Летные эксперименты проводились с использованием бортовой радиолокационной станции бокового обзора, что обеспечивало ряд преимуществ перед панорамными радиолокационными станциями, в том числе: минимальные изменения интенсивности эхо-сигнала вследствие неизменного угла облучения морских волн; возможности для накопления большого количества эхо-сигналов; существенное повышение детальности радиолокационного изображения, которое обеспечивается высокой разрешающей способностью по углу.

Обнаружение и распознавание объектов осуществляется с помощью системы «экран-оператор», в которой человек-оператор выполняет функции порогового и решающего звена.

Возможность наблюдения над обширным районом при простоте и надежности многократных проверок позволяет оперативно осуществлять необходимую коррекцию в ходе работы.

Плановое радиолокационное изображение формировалось на фоторегистрирующем устройстве самолетной радиолокационной станции бокового обзора в координатах «азимут-дальность». Дальность осматриваемого участка водной поверхности составляла 15 км, а протяженность (по линии пути) до 50-60 км.

Анализ экспериментальных данных показал, что радиолокационное изображение водной поверхности при воздействии на нее ветра установившегося направления характеризуется следующими особенностями: наличием протяженных областей на которых можно различить полосы одинаковой интенсивности, т.е. примерно одинаковым уровнем эхо-сигналов; периодичностью расположения этих областей, которая заключается в чередовании областей различного контраста; совпадением направления протяженных областей (полос) с направлением ветра, из чего следует вывод о продольном типе ветрового воздушного потока.

На фотографиях (фиг. 3-6 Приложения) планового радиолокационного изображения участков водной поверхности, где достаточно отчетливо наблюдается периодическая структура,

ориентированная вдоль направления ветра. Совпадение направления протяженных областей (полос) на плановом радиолокационном изображении водной поверхности с направлением ветра определялось путем сопоставления с метеоданными, полученными для данного района, а также по результатам измерений со специальных кораблей, находящихся в районе проведения эксперимента.

Если радиолокационное изображение имеет привязку к курсу самолета с точностью 3°-5°, то направление ветра непосредственно над водной поверхностью может определяться с аналогичной точностью. Таким образом с помощью планового радиолокационного изображения водной поверхности возможно определить периодическую структуру, характеризующую волновой характер ветрового воздушного потока и выявить его продольный тип. Кроме этого в наших экспериментах осуществляли измерение волновых параметров непосредственно над водной поверхностью, а именно определяли длину волны и направление ветра. Результаты измерений длины волны ветрового потока при различных скоростях ветра приведены на графике - фиг. 1, откуда следует, что длина ветровых волн пропорциональна скорости ветра. Интересно отметить совпадение полученных нами экспериментальных результатов измерений параметров ветровых волн над водной поверхностью с результатами измерений ветровых волн на высоте 200 м, полученных Госсардом 01.04.1970 г. с помощью радиолокационного зонда Рихтера в Сан-Диего, где длина ветровых волн составляла 400 м при скорости 5 м/с .[Гассард Э.Э., Хух У.Х. «Волны в атмосфере» М., Мир. 1978.]

Летно-морские эксперименты по обнаружению областей результирующих ветровых воздушных потоков в местах их пересечения проводились на участке Баренцева моря протяженностью 15×20 км севернее полуострова Териберка.

На участке радиолокационных измерений в момент проведения эксперимента существовало одновременно три ветровых потока. Направление основного потока составляло 120°, а два других потока 100° и 230°.

Параметры ветра, морского волнения в районе проведения экспериментов, а также режим полета самолета сведены в таблицу №1.

Таблица №1. 1. №эксперимента №15 №16 2. Район работы Баренцево море Баренцево море 3. Время работы (часы, минуты) 13,28 17,28 4. Высота морской волны 0,7 2-2,5 5. Направление морской волны От юго-востока От юго-востока 6. Скорость ветра (м/сек) 5 7 7. Направление ветра (град) 120 90 8. Режим полета самолета - высота (м) - скорость (км/час) - курс (град) 500 455 265 500 455 260

На фиг. 2 - схема взаимодействия ветровых волновых потоков продольного типа - результирующий поток.

Эта схема составлена на основании результатов летно-морского эксперимента в виде радиолокационного изображения указанного участка морской поверхности при воздействии на нее ветровых потоков (фиг. 7 Приложения).

На этом изображении просматриваются очертания северной части береговой черты и радиолокационные отметки от кораблей, находящихся в районе проведения экспериментов. Направление ветровых потоков обозначено на приведенных фотографиях сплошными стрелками. Воздушные потоки в районах «А-А» и «Б-Б» взаимодействуют, и результирующая область их взаимодействия на фотографиях наблюдается в виде «борозд» и «хребтов». Продолжительность данного эксперимента составляла около 2,5 часов (с 11.30 по 14.00) и в течение этого времени сохранялась результирующая картина. Однако, еще через несколько часов она исчезла, что было зафиксировано в следующем эксперименте, проведенном на том же участке спустя 4 часа. Направление основного потока изменилось и стало составлять 90° (вместо 120°), вследствие чего пропали дополнительные (отражения от крутого берега) воздушные потоки II, III (фиг. 8 Приложения).

При анализе фотографий радиолокационных изображений (фиг. 9 Приложения) следует различать помеховые сигналы, а именно вертикальные темные «полосы» и «клинья», обозначенные через X1, Х2, Х3…, причиной образования которых является уменьшение интенсивности эхо-сигналов из-за угловых колебаний диаграммы направленности антенны по крену, т.к. антенна бортовой радиолокационной станции не имела угловой стабилизации в пространстве по каналу крена. Уменьшение интенсивности радиолокационного сигнала по мере увеличения дальности является следствием уменьшения потенциала радиолокационной станции, в связи с чем не обеспечивается равномерная интенсивность эхо-сигналов по дальности и пути в пределах всей облучаемой площадки.

Таким образом, в результате летных экспериментов с помощью радиолокационного изображения взволнованной морской поверхности при различном волнении и облучении поверхности моря под различными углами относительно фронта морских волн, обнаружен и подтвержден волновой характер ветра в нижних слоях тропосферы над водной поверхностью, отмечено, что при этом длина ветровых волн прямо пропорциональна скорости ветра.

Направление фронта волновых колебаний частиц среды совпадает с направлением ветра и, следовательно, эти ветровые воздушные волны можно отнести к волнам продольного типа, в отличии от инверсионных и горных волн, которые являются волнами поперечного типа.

Вторая группа экспериментов с целью подтверждения взаимодействия воздушных волн проводилась в районе острова Кильдин на участке протяженностью 15×22 км. (Результаты экспериментов в виде плановых радиолокационных изображений указанного участка водной поверхности на фиг. 10 Приложения). Волновой характер ветрового воздушного потока был подтвержден в результате летного эксперимента при обнаружении с помощью самолетной радиолокационной станции. В данном случае результирующая область взаимодействия волновых ветровых потоков была областью интерференции, которая сформировалась в результате взаимодействия отдельных ветровых воздушных потоков, образованных при расчленении основного воздушного ветрового потока одиноко стоящей горой на острове Кильдин в Баренцевом море, где проводились летные эксперименты. Высота горы в западной части составляет около 280 метров и она расчленяет ветровой воздушный поток с последующим его воссоединением в ее подветренной части. Наблюдение за водной поверхностью и регистрация характера взаимодействия ветровых потоков осуществлялась, когда самолет облетал остров Кильдин по «коробочке». Условия проведения эксперимента приведены в таблице 2. Таблица №2. Условия проведения эксперимента Условия проведения 1. Дата эксперимента 22.06.1968 2. Район работы Баренцево море (в р-не о. Кильдин) 3. Время работы 17-19 час 4. Направление ветра 160 5. Скорость ветра (м/сек) 10-11 6. Направление морских волн От востока 7. Высота морских волн (м) 0.5-1.25 (отлив) 8. Режим полета самолета - высота (м) - скорость (км/час) -курс (град) (длинная сторона «коробочки») 500 450 210 30 9. Облачность нижнего яруса - формы - количество - высота (м) - давление (мм) 10/10 1500 744,6.

Исходя из представлений, существующих в настоящее время в метеорологической практике, обтекание воздушным потоком отдельно стоящих гор значительно отличается от обтекания больших горных хребтов и характеризуется тем, что большая часть воздушного потока в нижних слоях тропосферы проходит по сторонам горы, поэтому имеют место большие горизонтальные отклонения линий тока вблизи оснований горы, тогда как на более высоких уровнях отклонения происходят главным образом вертикальном направлении. Обратный поток на подветренной стороне, как правило, сопровождается образованием обширного вихря и на подветренной стороне горы возникает течение ветрового потока противоположное основному направлению ветра. Таким образом, если воспользоваться современными представлениями обтекания воздушным потоком одиноко расположенной горы (что имеет место в нашем эксперименте), то в нижних слоях тропосферы в подветренной части морской поверхности должны существовать ветровые потоки как прямого (курсом 150°-160°) так и встречного направления. Эти воздушные потоки обладают волновой структурой, поэтому они должны интерферировать. В процессе проведения эксперимента указанный процесс интерференции наблюдался на индикаторе бортовой радиолокационной станции и был зафиксирован на фотопленке. Эксперимент продолжался более 2 часов и все это время наблюдались результаты интерференции в виде контрастных полос шириной 1800-2000 метров, опоясывающих подветренную часть острова Кильдин. Количество интерференционных полос составляет от 2х до 4х в Северо-Западной части острова, что зафиксировано (см. фиг. 9, 10 Приложения). При этом наибольшее количество полос находится в районе, где встречные ветровые потоки движутся в направлении наиболее высокой части горы, обладающей крутыми отвесными склонами. В районах где высота горы уменьшается, количество интерференционных полос уменьшается (до 2). По ширине полос и направлению ветра возможно определить длину ветровых воздушных волн.

Предлагаемый способ характеризуется тем, что в результате летных экспериментов при полетах над водной поверхностью с помощью бортовой радиолокационной станции бокового обзора было установлено:

1. Выявлена волновая структура ветрового воздушного потока установившегося направления над водной поверхностью. Длина ветровых волн прямо пропорциональна скорости ветра.

2. Установлено, что установившиеся (ламинарные) ветровые потоки формируются в виде волн продольного типа, что ранее нигде не отмечалось (установлено впервые).

3. Ветровые потоки, обладающие волновыми свойствами в местах пересечения подвержены взаимодействию, в частности интерференции, что подтверждено при полетах над водной поверхностью.

4. Результаты экспериментальных исследований приведены в приложении. При полетах когда водная поверхность не облучается, для обнаружения с помощью бортовой радиолокационной станции ветровых потоков, которые наблюдаются в тропосфере в виде ламинарных волновых потоков, в том числе синоптического масштаба, для определения параметров и областей взаимодействия ветровых волновых потоков образующихся при их пересечении (т.е. результирующих областей), необходимо осуществлять обзор воздушного пространства при углах наклона диаграммы направленности бортовой радиолокационной станции, обеспечивающих отсутствие эхо-сигналов от земной или водной поверхности.

Полученные данные необходимо использовать для облета опасных воздушных областей, а также прогноза погоды и т.д. При полетах в ясную погоду, когда возможно отсутствие ветровых волновых областей необходимо проводить обзор воздушного пространства на других высотах, где предусматриваются полеты воздушных судов. Полученную информацию необходимо фиксировать в базе данных, а также оперативно транслировать в наземные пункты УВД.

Выдвинутая нами физическая основа позволяет объяснить и разработать новые радиолокационные способы формирования и обнаружения опасных явлений и областей в тропосфере, позволяет решать фундаментальные проблемы физики атмосферы, метеорологии, прогноза погоды, а также безопасности полетов. Сложность и возможность решения этих задач возможно показать в простых случаях на примере выяснения механизма интерференции волновых потоков, а также в сложных случаях при выяснении механизма формирования тропических циклонов, когда ветер может достигать большой силы, затем внезапно и ненадолго возникает безветрие, после чего начинает дуть снова, но уже в противоположном направлении. Объяснить это явление также можно, если в основу будет положена указанная физическая основа, т.е. волновые свойства ветровых воздушных потоков, имеющих различные параметры и направления в пространстве. Однако, в этом случае для доказательства необходимо провести экспериментальное подтверждение в местах возникновения, развития, прохождения циклона, который может проходить огромные расстояния (более 300 км и до 48 часов). Практически подобные исследования возможно реализовать при участии специалистов заинтересованных государств, через территории которых проходят ветровые волновые потоки и имеется и имеется возможность наблюдения за областями их взаимодействия, например, при участии авиационной погодной сети AWIN в рамках проекта НАСА предсказания погодных катаклизмов. На первом этапе этих больших и масштабных работ нами разработан радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветровых воздушных потоков и областей их пересечения.

Радиолокационный способ обнаружения аномалий ветрового воздушного потока

ПРИЛОЖЕНИЕ

1. Радиолокационный способ обнаружения волнового характера ветрового воздушного потока, включающий излучение, направленное на водную поверхность, прием отраженных сигналов, отображение их на экране специализированного индикаторного устройства; измерение направления и скорости ветра, отличающийся тем, что облучают водную поверхность с помощью бортовой радиолокационной станции в режиме бокового обзора, определяют структуру ветрового потока в результате анализа интенсивности и геометрических характеристик отраженных сигналов, представляемых на экране индикаторного устройства в виде радиолокационного изображения участков водной поверхности при воздействии на них ветрового воздушного потока, при этом выявляют на экране индикаторного устройства протяженные области водной поверхности, на которых различают полосы с одинаковым и изменяемым уровнем эхо-сигналов, выявляют периодичность расположения этих полос, направление которых совпадает с направлением ветра, по полученному РЛ-изображению определяют волновой характер и продольный тип ветрового воздушного потока, измеряют длину волны ветровых воздушных волновых потоков продольного типа при различных скоростях ветра.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что дополнительно обнаруживают ламинарные ветровые воздушные потоки и места их пересечения с ветровыми волновыми потоками продольного типа - области интерференции, которые являются источниками образования бурь, шквалов, циклонов, определяют направление и дальность перемещения областей интерференции.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к системам мониторинга и прогнозирования повреждений электрической сети при воздействии опасных природных явлений. Техническим результатом является повышение достоверности, надежности и качества заблаговременно передаваемой информации о месте возможного возникновения аварийной ситуации, предполагаемого состава и объемов повреждаемого оборудования, а также повышение качества и скорости оптимальной оценки выбора необходимого количества и вида трудовых и производственных ресурсов, необходимых для оперативной ликвидации последствий возможных аварий.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения зон возможного обледенения воздушных судов в режиме реального времени. Для этого в заданном районе наблюдения вначале регистрируют несколько фактических значений общего влагосодержания, затем регистрируют фактическое значение вертикального профиля температуры наземным метеорологическим температурным профилемером.

Изобретение относится к области метеорологии и преимущественно может быть использовано для автоматизированной обработки метеорологической информации, в частности для автоматизированного формирования карт погоды, прогнозирования метеорологических величин и явлений, решения прикладных задач потребителей.

Изобретение относится к области прогнозирования погоды, конкретнее к способам и системам для создания прогноза погоды. Способ выполняется на сервере, включающем процессор и модуль машинного обучения.

Способ исследования изменений климата Земли заключается в том, что измерительную систему, включающую два идентичных оптических телескопа, располагают на видимой поверхности Луны.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для прогнозирования погоды. Сущность: выбирают информацию о погоде, включающую в себя данные температуры, связанную с временами и областями.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для прогнозирования погоды. Сущность: выбирают из множества элементов информации о погоде, которые относятся к областям и моментам времени и которые включают в себя, по меньшей мере, температурные данные, множество наборов информации о погоде, относящихся к множеству моментов времени в течение фиксированного периода, касающихся первой области, содержащей местоположение, в котором размещается устройство использования воздуха.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения зон возможного обледенения воздушных судов в режиме реального времени. Согласно заявленному способу проводится регистрация фактических значений вертикального профиля температуры приземного слоя атмосферы n раз при помощи наземного температурного профилемера, который устанавливают в заданном районе наблюдения, а по данным наземных наблюдений определяют приземное значение относительной влажности воздуха, приземное значение температуры точки росы и значение высоты нижней кромки облачности.

Изобретение относится к области солнечно-земной физики и может быть использовано для прогнозирования погодно-климатических характеристик. Сущность: наблюдают за текущей активностью Солнца.

Изобретение относится к области прогноза космической погоды, определяемой вспышечной активностью Солнца, и может быть использовано для прогноза геоэффективных последствий солнечных вспышек, в частности явлений нарушения коротковолновой радиосвязи, ухудшение определения местоположения по данным ГЛОНАСС/GPS навигации; повышение радиационной опасности для экипажей и пассажиров высотных самолетов с трассами полета в полярных областях, а также сбоям в работе бортовых космических приборов и возрастанию опасности радиационного поражения экипажей пилотируемых космических аппаратов.

Использование: для измерения скорости и направления перемещения воздушных масс в трехмерном пространстве. Сущность изобретения заключается в том, что пьезоэлектрические преобразователи ультразвукового акустического анемометра закреплены на каркасе в вершинах основания и вершине призмы с основанием в виде равностороннего треугольника и подключены к блоку формирования сигнала, приема и обработки данных, выход которого, в свою очередь, подключен к входу блока сбора информации.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения зон возможного обледенения воздушных судов в режиме реального времени. Для этого в заданном районе наблюдения вначале регистрируют несколько фактических значений общего влагосодержания, затем регистрируют фактическое значение вертикального профиля температуры наземным метеорологическим температурным профилемером.

Изобретение относится к линиям электроснабжения. Определитель температуры провода контактной сети и воздушных линий электропередачи содержит датчик тока, датчик скорости ветра, датчик температуры окружающей среды, первый и второй функциональные преобразователи, блок вычисления перегрева, первый и второй сумматоры, источник стабилизированного напряжения, первый, второй, третий и четвертый задатчики постоянных параметров коэффициента теплоотдачи конвенцией, задатчик периметра провода, задатчик степени черноты поверхности провода и исполнительный орган, а также датчик направления ветра, датчик относительной влажности воздуха, первое, второе и третье программируемые многофункциональные средства, первый и второй переключатели с управляемым входом, первый, второй и третий пороговые элементы, первый и второй умножители, схему совпадения, задатчики массы, удельной теплоемкости, сопротивления единицы длины провода, задатчик температурного коэффициента сопротивления провода и блок масштабного коэффициента тока.

Способ определения прозрачности неоднородной атмосферы включает посылку в атмосферу световых импульсов из точек, разнесенных в пространстве, по пересекающимся трассам зондирования, проходящим по трем неколлинеарным направлениям, с образованием отрезками между точками их пересечения двух областей зондирования, имеющих общий рассеивающий объем.
Изобретение относится к системам метеорологической радиолокации и может быть использовано для мониторинга метеорологических условий. Достигаемый технический результат – уменьшение массогабаритных размеров элементов системы, уменьшение энергопотребления, отсутствие необходимости постоянного обслуживания, возможность получения информации о локальных метеоусловиях через интернет, возможность анализа низких слоев атмосферы, которые обладают более высокой информативностью.

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано в системах мониторинга опасных явлений погоды, а также в исследованиях электрических процессов в атмосфере и геофизических исследованиях.

Группа изобретений относится к метеорологии и может быть использована для измерения скорости ветра и температуры воздуха в атмосферном пограничном слое до высоты 2-3 км.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для дистанционного измерения параметров атмосферы. Сущность: устройство состоит из сканирующего устройства и приемоответчика.

Изобретение относится к исследованиям в области индикации и идентификации химических веществ, в частности к оптимизации способа проведения специального химического контроля.

Способ определения скорости ветра над водной поверхностью, в котором получают при помощи двух оптических систем на основе линеек ПЗС-фотодиодов с разными направлениями визирования два пространственно-временных изображения водной поверхности.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при построении или модернизации вращающихся многофункциональных радиолокационных систем (ВМРЛС) с фазированными двухмерными антенными решетками (ФАР) с электронным сканированием для обзора воздушного пространства.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обнаружения воздушных областей, опасных для полетов летательных аппаратов и других объектов, попадающих в эти области; для получения сведений о природе опасных ветровых потоков - в метеорологии и физике атмосферы. Достигаемый технический результат – более раннее обнаружение аномалий ветрового воздушного потока и определение их направлений. Указанный результат достигается за счет того, что с помощью бортовой радиолокационной станции выявляют волновой характер и продольный тип ветрового воздушного потока, а именно выявляют на экране индикатора протяженные области водной поверхности, на которых различают полосы с одинаковым и изменяемым уровнем эхо-сигналов, выявляют периодичность расположения этих полос, направление которых совпадает с направлением ветра, измеряют длину волны ветровых воздушных волновых потоков продольного типа при различных скоростях ветра. При дополнительном обнаружении ламинарных ветровых воздушных потоков и мест их пересечения с ветровыми волновыми потоками продольного типа - областей интерференции, которые являются источниками образования бурь, шквалов, циклонов, определяют направление и дальность перемещения областей интерференции. 1 з.п. ф-лы, 12 ил., 2 табл.

Наверх