Способ измерения вертикальной состав-ляющей скорости betpa и устройство дляего осуществления

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советскнк

Соцналнстнческнк

Реслублнк

<щ851312

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) Дополнительное к авт. свид-ву(22) Заявлено 090779 (21) 2792685/18-10 (51)М. Кл З с йрнсоедннением заявки ¹,— (23) Приоритет—

G 01 W 1/06

G 01 P 5/00

Государственный комитез

СССР по делам изобретений и. открытий

Опубликовано 300 l81 Бюллетень ¹ 28 (53) УДК 551 508. .5 (088.8) Дата опубликования описания 3007,81 (72) Автор нзобретення

В.И. Сидько

Харьковский институт радиоэлектроники (73) Заявитель (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ

СКОРОСТИ ВЕоРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ

ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано, например, в авиации, для дистанционного бесконтактного измерения вертикальной составляющей скорости ветра в зоне аэропортов методом акустической локации атмосферы.

Известны способы дистанционного измерения скорости ветра в атмосфере, основанные на эффекте Допплера при рассеянии акустических колебаний температурной и ветровой турбулентностью.,Они осуществляются акустическими локаторами, работающими в моиостатическом или бистатическом режиме. В моностатическом режиме акустический локатор излучает вертикально вверх звуковой импульс частоты f, который распространяется в атмосфере со скоростью С. Рассеянная энергия звукового импульса принимается той же самой антенной и усиливается приемником. Если рассеивающий объем движется со скоростью

Ч, то частота акустических колебаний в точке приема будет сдвинута на величину поправки Допплера, пропорциональную вертикальной составляющей скорости ветра (1}.

Недостатком способа является небольшая дальность действия, поскольку в моностатическом режиме рас5 сеяние звукового импульса происходит только на температурной турбулентности

В бистатнческом режиме направлен.ное излучение и прием ведут разнесен10 ными в пространстве антеннами. В этом режиме рассеяние акустических колебаний происходит как на температурной, так н на ветровой турбулентности.

Известен акустический локатор, излучающий звуковые импульсы двумя передающими антеннами расположенными на сторонах прямого угла с наклонными диаграммами направленности, пере.20 секающими с вертикальным лучом, приемопередающей антенны, расположенной .в вершине угла и образуют три измерительных канала. При этом на выходе каждого канала приеутствует допплеg5 ровская компонента частоты, что позволяет измерить три составляющие радиальной скорости ветра и с помощью вычислительного устройства найти значение вертикальной составляющей скорости ветра ГЛ.

851312

15

65

Недостатком способа является небольшая дальность действия ограниченная каналом измерения, расположенным в вершине угла, работающем в моностатическом режиме.

Наиболее близкий к Предлагаемому способ измерения вертикальной составляющей скорости ветра, когда акустические колебания излучают вертикально вверх передающей антенной расположенной в центре окружности, а принимают рассеянные эхосигналы на три приемные антенны, которые находятся на одинаковом расстоянии от передающей и друг от друга с наклонными диаграммами направленности, пересекающимися в исследуемой зоне. При этом на выходе приемного канала усиления присутствует допплеровская компонента частоты, что позволяет измерить три составляющие радиальной скорости ветра Ч,Ч

V в каждом канале и с помощью вычислительного устройства найти зна3 чение вертикальной Ч7 составляющей скорости ветра (Я

V = . (V+Ч+Ч,)

Зсов Р

Составляющие радиальной скорости ветра V, Ч, V> направлены по биссектрисам углов, образованных пересечением диаграммы направленности передающей антенны с диаграммами направленности приемных антенн соответствующих каналов. Устройство отображения информации осуществляет индикацию значений скорости ветра.

Способ осуществляется устройством, содержащим последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности передающую антенну и последовательно соединенные приемную каналов усиления, выходы которых подключены к входам решающего устройства, содержащего один или несколько спектроанализаторов и вычислительное устройство, синхронизатор, подключенный к задающему генератору и решающему устройству, определяющий режим работы задающего генератора, устройство отображения информации, соединенное с решающим устройством.

Недостатком способа является низкая точность измерения вертикальной составляющей скорости ветра, обусловленная погрешностями юстировки четырех антенн в сложных рельефных условиях и содержит ошибки измерения составляющих радиальной скорости ветра в каждом измерительном канале.

Цель изобретения — повышение точности измерения вертикальной составляющей скорости ветра в сложных рельефных условиях.

Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измерения вертикальной составляющей ско30

96

60 рости ветра, включающем направленное излучение акустических колебаний, прием рассеянных эхо-сигналов, измерение допплеровского сдвига частоты и отображение информации, прием рассеянных эхо-сигналов ведут отно-. сительно направления акустических колебаний под углом, биссектриса которого образует вертикальную ось.

Такой способ может быть осуществ- лен устройством, содержащим последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, передающую антенну и последовательно соединенные приемную антенну, приемный канал усиления, спектроанализатор, синхронизатор, под ключенный также к зада,лцему генератору, и устройство отображения информации, непосредственно соединенное с выходсм спектроаналиэатора. В устройстве приемная и передающая антенны установлены наклонно с пересечением диаграмм направленности под углом, биссектриса которого образует вертикальную ось.

На чертеже изображена схема измерения вертикальной составляющей скорости ветра и представлена структурная схема акустического локатора для осуществления способа измерения вертикальной составляющей скорости ветра.

В предлагаемом способе направленное излучение акутических колебаний и прием рассеянных эхо-сигналов осуществляют разнесенными. в пространстве передающей и приемной антеннами. Места расположения антенн и точка пересечения их диаграмм направленности 0 образуют вертикальную плоскость. В этой плоскости передающую и приемную антенны наклоняют навстречу друг другу так, что биссектриса угла о образованного диаграммами направленности в точке пересечения образуют вертикальную ось 004 . Если рассеивающий объем движется со скоростью Ч, то частота акустических колебаний в точке приема сдвинута на величину поправки

Допплера, определяемой радиальной составляющей скорости ветра. Поскольку радиальная составляющая скорости ветра, при данной схеме измерения, направлена по вертикальной оси, то допплеровский сдвиг частоты определяется наличием только вертикальной составляющей скорости ветра Ч . При этом юстировка антенн упрощается и повышение точности обеспечивается измерением только одной составляющей скорости ветра.

Устройство для осуществления способа измерения вертикальной составляющей скорости ветра содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, усилитель мощности

851312

2, передающую антенну 3, и последовательно соединенные приемную антенну

4, приемный- канал 5 усиления, спектроанализатор б, синхронизатор

7, подключенный также к задающему генератору 1, и устройство 8 отображения -информации соединенное с, спектроаналиэатором 6.

Напряжение колебаний. рабочей частоты о задающего генератора 1 усиливается в усилителе мощности 2 и излучателя передающей акустической антенной 3. Рассеянные эхо-сигналы. принимаются приемной антенной 4 и усиливаются в приемном канале усиления 5, на выходе которого присутствует допплеровский сдвиг частоты.

В спектроанализаторе б осуществляется обработка выходных сигналов приемного канала усиления 5 и измерение значений допплеровской частоты. Поскольку допплеровский сдвиг частоты 20 определяется только наличием вертикальной составляющей скорости ветра, то акустический локатор упрощают путем исключения вычислительного устройства. 25

Синхронизатор 7 определяет непрерывный режим работы задающего генератора 1 и цикл обработки сигналов в спектроанализаторе 6. Устройство отображения информации 8 осуществляет индикацию вертикальной составляющей скорости ветра, Формула изобретения

1. Способ измерения вертикальной составляющей скорости ветра путем направленного излучения в исследуемую область акустических колебаний, приема рассеянных эхо-сигналов, измерения допплеровского сдвига частоты и отображения информации, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения точности измерения в сложных рельефных условиях, принимают рассеянные эхо-сигналы по отношению к направлению излучения под углом, биссектриса которого образует вертикальную ось.

2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, передающую антенну и последовательно соединенные приемную антенну, канал усиления, спектроанализатор, синхрони" затор, подключенный ко входу задающего генератора, а также устройство отображения информации, о т л и ч аю щ е е с я тем, что передающая и приемная антенны установлены наклонно с пересечением диаграмм направленности под углом, биссектриса которого образует вертикальнуЬ ось, а выход спектроаналиэатора непосредственно связан с устройством отображения.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Nature, 1971, 230, march 19, р. 160-162 °

2. Y . App6. Meteoroid, 1977, 16, Р 12, р. 1298-1305.

3. Патент США 9 3889533, кл. G 01 И 1/06, 1975 (прототип).

ВНИИПИ Заказ 6347/64

Тираж 732 Подписное

Филиал ППП "Патент", r.Ужгород, ул. Проектная, 4