BR102012019441B1 - métodos para determinação de distribuições de tamanho de gotículas de água das nuvens - Google Patents
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Abstract
MÉTODOS PARA DETERMINAÇÃO DE DISTRIBUIÇÕES DE TAMANHO DE GOTÍCULAS DE ÁGUA DAS NUVENS. Em um aspecto, os métodos de determinação de uma distribuição de tamanho de gotículas de água em uma nuvem são aqui descritos. Em algumas modalidades, um método de determinação de uma distribuição de tamanho de gotícula de água em uma nuvem compreende uma profundidade de amostragem da nuvem com um feixe de radiação eletromagnética, medição de um sinal de espalhamento do radiação eletromagnética devolvido da nuvem ao longo de uma faixa de campo de ângulos de visão a fim de proporcionar uma curca de espalhamento medida [Ptotal (teta) ], remoção de uma parte da curva de espalhamento medida, substituição da parte removida com uma extrapolação da curva de espalhamento restante medida a fim de proporcionar uma curva de espalhamento estimada, e determinação de uma primeira distribuição de tamanho de gotícula estimada [n(1) (D) ] a partir da curva de espalhamento estimada.
Description
A presente invenção refere-se a métodos para determinação de distribuições de gotículas de água das nuvens.
A detecção de gotas de água no ar e a sua classificação em uma distribuição de tamanho de gotícula é uma função importante na operação de aeronaves. As formações de nuvens diferentes podem apresentar diferentes distribuições de tamanho de gotículas de água e teor de água líquida de nuvem associado (LWC), o que representa diversos riscos para as aeronaves, tais como a formação de gelo.
A distribuição de tamanho de gotícula de água e o LWC de uma nuvem podem ser determinados ou estimados de várias maneiras. Vários métodos existentes são baseados em técnicas de dimensionamento de gotas de difração. No entanto, as tais técnicas de dimensionamento difrativo são limitadas a um diâmetro máximo de gotículas detectável devido ao pequeno espalhamento de ângulo de gotículas de água de grande porte. Por exemplo, o espalhamento difrativo por gotículas grandes em ângulos dentro do ângulo de divergência do feixe de laser de sondagem é insolúvel a partir do feixe de laser em si com os sistemas de detecção atuais. Como resultado, a informação sobre a presença de uma distribuição de gotículas grandes êfn excesso dõ" diâmetro máximo resolúvel é perdida, levando potencialmente 3 0 a erros na determinação da distribuição do tamanho das gotículas de água e LWC associado de uma nuvem.
Em um aspecto, os métodos de determinação da distribuição de tamanho de gotícula de água de uma nuvem são aqui descritos, o método representando a presença de gotículas superiores ao diâmetro máximo de gotículas detectável. Além disso, os métodos aqui descritos contemplam a estimativa do LWC da nuvem utilizando a distribuição do tamanho de gotícula de água determinada.
Em algumas modalidades, um método de determinação de uma distribuição de tamanho de gotículas de água em uma nuvem compreende uma profundidade de amostragem da nuvem com um feixe de radiação eletromagnética, medição de um sinal de espalhamento do radiação eletromagnética devolvido da nuvem ao longo de uma faixa de campo de ângulos de visão [ptotai(©)] 3- fim de proporcionar uma curva de espalhamento medida, remoção de uma parte da curva de espalhamento medida, substituição da parte removida com uma extrapolação da curva de espalhamento restante medida a fim de proporcionar uma curva de espalhamento estimada, e determinação de uma primeira distribuição de tamanho de gotícula estimada [n(1! (D) ] a partir da curva de espalhamento estimada. Em algumas modalidades, a primeira estimativa da distribuição de tamanho de gotículas é determinada utilizando um modelo de espalhamento avançado.
Em algumas modalidades, o método compreende ainda o fornecimento de uma curva de espalhamento calculada a partir ar n(MW1—utilizeiido—am—modetQ—de—retroespalhamerrto direto e um modelo de espalhamento avançado e comparação com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a curva de espalhamento calculada segue a curva de espalhamento medida dentro de uma tolerância ajustada. Em algumas modalidades em que a curva de espalhamento calculada não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada, uma primeira estimativa de um diâmetro de volume mediano de gotícula (DMVD<:L)) e parâmetro de forma (p1) são derivados a partir de n(1) (D) . O valor de DMVD(1) em resposta à curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada a fim de proporcionar uma segunda estimativa do diâmetro de volume mediano de gotícula (DMVD(2>) e utilizando (DMVD<2)) e p(l) para proporcionar uma segunda estimativa da distribuição de tamanho de gotícula n(2) (D) .
A segunda curva de espalhamento calculada é fornecida a partir de n(2) (D) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, e a segunda curva de espalhamento calculada é comparada com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a segunda curva de espalhamento segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada. Em algumas modalidades, a segunda curva de espalhamento calculada segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada, e n(2) (D) representa a distribuição de gotículas de água que possuem um diâmetro além do diâmetro máximo de gotículas detectável. Em tais modalidades, o método pode ainda compreender a determinação do diâmetro das gotículas eficaz (Deff) utilizando n<2) (D) e a determinação do teor de água liquida da nuvem utilizando^o Deff .
Alternativamente, a segunda curva de espalhamento calculada nao segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada, e o método compreende as etapas adicionais. Em algumas modalidades, por exemplo, o método compreende ainda a alteração do valor de DfíW<2) em resposta segunda à curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada para fornecer uma terceira estimativa do diâmetro de volume mediano da gotícula DMVD(3) . Uma terceira estimativa de distribuição de tamanho de gotícula de água [n<3) (D) ] é fornecida utilizando n(3) (D) e p1 .
Uma terceira curva de espalhamento calculada é fornecida a partir de n(3) (D) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, e a terceira curva de espalhamento calculada é comparada com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a terceira curva de espalhamento segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida. Em algumas modalidades, a terceira curva de espalhamento calculada segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância de conjunto, e n(3) (D) representa a distribuição de gotículas de água que possuem um diâmetro além do diâmetro máximo de gotículas detectável. Em tais modalidades, o método pode ainda compreender a determinação do diâmetro das gotículas eficaz (Deff) utilizando ní3) (D) e a determinação do teor de água líquida da nuvem utilizando O Deff •
Alternativamente, a terceira curva de espalhamento calculada não segue a curva de espalhamento medida dentro dã tolerância Deffinida, ê õ método compreende etapas adicionais. Por exemplo, em algumas modalidades, o método é um método iterativo compreendendo etapas iterativas que são repetidas até que uma curva de espalhamento calculada siga a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida. Portanto, em algumas modalidades, o método compreende ainda a alteração do valor de DJWD*11’ em resposta a uma enésima curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida para proporcionar uma estimativa n do diâmetro de volume mediano de gotícula [DAfVD<n+1)] , em que n é um número inteiro maior do que 3.Uma distribuição (n+1) de tamanho de gotícula estimada da [n(n+1) (D) ] é fornecida utilizando D (n+l) ~ ,, 1
Uma (n+l) curva de espalhamento calculada é fornecida a partir de n(n+1) (D) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, a (n+l) curva de espalhamento calculada seguindo a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida , e n(n+1)(D) representa a distribuição de gotículas de água tendo um diâmetro além do diâmetro de gotícula detectável. Em algumas modalidades, o método compreende ainda a determinação de Deff utilizando n(n+1) (D) e a determinação de LWC da nuvem utilizando o Deff.
Essas e outras modalidades são descritas mais detalhadamente na descrição detalhada a seguir.
A Figura 1 ilustra um exemplo de uma curva de espalhamento medida de acordo com algumas modalidades aqui descritas.
A Figura 2 ilustra ã curva~úê espalhamento medida dar Figura 1, em que uma parte da curva de espalhamento medida foi removida de acordo com algumas modalidades aqui descritas.
A Figura 3 ilustra a curva de espalhamento medida da Figura 2, em que a parte removida foi substituída com um a extrapolação da curva de espalhamento medida restante de acordo com algumas modalidades aqui descritas.
A Figura 4 é um fluxograma que ilustra uma modalidade de um método aqui descrito.
As modalidades aqui descritas podem ser mais prontamente compreendidas em referência à seguinte descrição detalhada e aos desenhos. Os elementos, aparelhos e métodos aqui descritos, no entanto, não estão limitados às modalidades específicas apresentadas na descrição detalhada e nos desenhos. Deve-se reconhecer que essas modalidades são meramente ilustrativas dos princípios da presente invenção. As numerosas modificações e adaptações serão facilmente evidentes para os técnicos no assunto sem afastamento ao espírito e escopo da invenção.
Em um aspecto, os métodos de determinação da distribuição de tamanho de gotícula de água de uma nuvem são aqui descritos, o método representando a presença de gotículas superiores ao diâmetro máximo de gotículas detectável. Além disso, os métodos aqui descritos contemplam a estimativa do LWC da nuvem utilizando a distribuição do tamanho de gotícula de água determinada.
Voltando agora às etapas específicas de um método aqui descrito, um método aqui descrito compreende uma profundidade de amostragem de uma nuvem com radiação" eletromagnética. Uma nuvem pode ser amostrada com a radiação eletromagnética a qualquer profundidade que não seja incompatível com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, a nuvem é amostrada a uma profundidade não maior do que a distância sobre a qual a nuvem é homogênea, ou substancialmente homogênea. Em algumas modalidades, a nuvem é amostrada a uma profundidade de até cerca de 30 metros (m) . Em algumas modalidades, a nuvem é amostrada a uma profundidade de até cerca de 20 metros (m).
Em algumas modalidades, a nuvem é amostrada a uma profundidade de cerca de 10 m a cerca de 3 0 m.A nuvem, em algumas modalidades, é amostrada a uma profundidade maior do que 30 m.
O feixe de radiação eletromagnética pode compreender qualquer feixe que não seja incompatível com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, o feixe de radiação eletromagnética compreende um feixe luminoso emitido a partir de um laser. Em algumas modalidades, o feixe é polarizado. Em algumas modalidades, o feixe é linearmente polarizado ou polarizado circularmente. Em algumas modalidades, o feixe de compreende um feixe de laser pulsado ou um feixe de laser de onda contínua. Em algumas modalidades, o feixe de laser de onda contínua é picado. Além disso, em algumas modalidades, o feixe de radiação eletromagnética é emitida a partir de um diodo emissor de luz.
O feixe de radiação eletromagnética pode compreender qualquer distribuição de comprimento de onda que não seja incompatível com os objetivos da presente invenção. Em algumas moda 1 i dadesT, por exemplo? õ feixe ê um feixe monocromático ou substancialmente monocromático. Em algumas modalidades, o feixe de radiação eletromagnética possui um comprimento de onda na região de infravermelhos (IR) do espectro eletromagnético, incluindo, entre outras, a região do infravermelho (NIR) próxima do espectro. Em algumas modalidades, o feixe de radiação eletromagnética possui um comprimento de onda na região visível do espectro na região ultravioleta (UV) do espectro. O feixe de radiação eletromagnética, em algumas modalidades, possui um comprimento de onda não absorvido ou substancialmente absorvido pela água. Em algumas modalidades, o feixe de radiação eletromagnética possui um ou mais comprimentos de onda que caem em uma janela óptica não absorvida pela água. Em algumas modalidades, por exemplo, o feixe de radiação eletromagnética possui um comprimento de onda de cerca de 905 nm.
Ademais, o feixe de radiação eletromagnética pode compreender qualquer energia que não seja incompatível com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, o feixe de radiação eletromagnética tem uma energia ou mW a dezenas de Mw.
Conforme aqui descrito, um sinal de espalhamento [ptotai(θ)] da radiação eletromagnética que retornou da nuvem é medido ao longo de uma faixa de campo de ângulos de visão (FOV) a fim de proporcionar uma curva de espalhamento medida. O sinal de espalhamento pode ser medido com um detector adequado ou sistema de detecção operável para resolver as dependências angulares do sinal de espalhamento. Em algumas modalidades, o detector compreende umã ceTuIa f otoelétrica de estado sólido, tal como urrr conjunto de fotodiodos ou fotodiodo concêntrico. O fotodiodo, em algumas modalidades, compreende um ou mais de silício (Si), germânio (Ge), arsenieto de gálio-índio (InGaxAsi-x) , sulfeto de chumbo (II) (PbS) , e combinações desses. Em algumas modalidades, o detector compreende pelo menos um elemento fotossensível e um ou mais circuitos para o processamento da saída de ao menos um elemento fotossensível. O um ou mais circuitos, em algumas modalidades, compreendem circuitos de filtragem e/ou circuitos de amplificação.
Além disso, a faixa de ângulos FOV sobre a qual o sinal de espalhamento é medido pode compreender qualquer faixa de ângulos FOV que não sejam incompatíveis com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, a faixa de ângulos FOV é de cerca de 0 mrad a cerca de 60 mrad ou cerca de 0 mrad a cerca de 90 mrad.
Em algumas modalidades, a amostragem de uma profundidade da nuvem e a medição do sinal de espalhamento são realizadas com um único aparelho. Em algumas modalidades, um aparelho utilizado para a amostragem de uma profundidade da nuvem e medição do sinal de espalhamento é acoplado a uma aeronave. Em algumas modalidades, a amostragem de uma profundidade da nuvem e a medição do sinal de espalhamento são realizadas durante o voo da aeronave. Um aparelho não-limitativo para amostragem de uma profundidade da nuvem e medição do sinal de espalhamento é divulgado na Publicação do Pedido Norte-Americano N° 2011/0019188, cuja totalidade é aqui incorporada por referência. Alternativamente, a amostragem da profundidade dã nuvem ê medição dõ sinal dê espalhamento pode ser’ realizada com mais de um aparelho. Se cabível, um ou mais aparelhos utilizados para a amostragem da profundidade da nuvem e medição do sinal de espalhamento podem também ser utilizados para obter outras informações sobre a nuvem, além de determinar a distribuição do tamanho de gotícula e/ou LWC da nuvem.
Além disso, os métodos aqui descritos compreendem a remoção de uma parte da curva de espalhamento medida e substituição da parte removida com uma extrapolação da curva de espalhamento medida restante a fim de proporcionar uma curva de espalhamento estimada. A remoção e a substituição de uma parte da curva de espalhamento medida podem ser realizadas em qualquer forma que não seja incompatível com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, por exemplo, a curva de espalhamento medida é removida em ângulos FOV abaixo de um ângulo de corte. Em algumas modalidades, o ângulo de corte é o ângulo de divergência do feixe de radiação eletromagnética. Em algumas modalidades, o ângulo de corte é o ângulo de divergência do feixe de radiação eletromagnética. O ângulo de corte pode ser variado de acordo com várias considerações, incluindo, entre outras, a quantidade de retroespalhamento direto e/ou de dispersão difrativa para a remoção a partir da curva de espalhamento medida.
Em algumas modalidades, a parte removida da curva de espalhamento medida compreende um sinal correspondente ao retroespalhamento direto da radiação eletromagnética [jPdíreto (®) ] e a curva de espalhamento medida restante compreende um sinal correspondente da dispersão avançada da radiação eletromághetícã [pdisp (θTl”. Em^'^guma^^no'dalidadesr* a parte removida da curva de espalhamento medida compreende 30 um sinal correspondente ao retroespalhamento direto da radiação eletromagnética abaixo do ângulo de corte. Em algumas modalidades, o ângulo de corte é escolhido para assegurar a remoção de toda ou substancialmente toda a jPdireto ( θ ) •
Além disso, a extrapolação da curva de espalhamento medida restante pode ser realizada de qualquer maneira que não seja incompatível com os objetivos da invenção preDeffinida. Em algumas modalidades, a extrapolação compreende uma extrapolação linear. Em algumas modalidades, a extrapolação compreende uma extrapolação parabólica ou uma extrapolação monótona. Em algumas modalidades, a extrapolação compreende uma função spline. A extrapolação da curva de espalhamento medida restante satisfaz as condições de encontro da curva de dispersão restante no ângulo de corte e desaparecimento a θ = 0.
As Figuras 1 a 3 mostram um exemplo não limitativo de uma curva de espalhamento medida e a subsequente operação na curva de espalhamento medida para remover uma porção da curva e substituição da porção removida com uma extrapolação para proporcionar uma curva de espalhamento estimada. Como ilustrado na Figura 1, a curva de espalhamento medida em ângulos FOV abaixo do ângulo de corte é um compósito (linha triangular) do retroespalhamento direto do feixe de laser a partir das gotículas amostradas (curva pontilhada) e a dispersão difrativa avançada das gotículas (curva sólida). A curva de espalhamento medida em ângulos FOV inferiores ao ângulo de Oõrte é removida ê substituída com um extrapolação linear da curva de espalhamento restante medida conforme ilustrado 30 nas Figuras 2 e 3, respectivamente. A extrapolação linear satisfaz as condições delimitadoras de coincidir ou substancialmente coincidir com a curva de espalhamento restante medida no ângulo de corte e o desaparecimento ou substancial desaparecimento a θ = 0 para completar a curva de espalhamento estimada.
Uma primeira distribuição de tamanho de gotícula estimada [n(1) (D) ] é determinada a partir da curva de espalhamento estimada. A determinação de n(1) (D) a partir da curva de espalhamento estimada pode ser realizada de uma forma que não seja inconsistente com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, n(1) (D) é determinado a partir da curva de espalhamento estimada utilizando um modelo de espalhamento avançado. Em algumas modalidades, a curva de espalhamento estimada fornece uma primeira estimativa da dispersão avançada da radiação eletromagnética [n(1) (D) ] , e n(1) (D) é determinado de acordo com a função:
em que S é uma matriz que incorpora o modelo de espalhamento avançado. Qualquer modelo de espalhamento avançado adequado podem ser utilizados. Os modelos de espalhamento avançado adequados para utilização em algumas modalidades aqui descritas são descritos, por exemplo, em Hogan, R.J., "Fast approximate calculation of multiply- scattered lidar returns,"Applied Optics, 2006, 45 (23), pp. 5984-5992, e Eloranta, E.W., "Practical model for the calculation of multiply scattered t±dar returns,"Applied Optics, 1998, 37 (12), pp. 2464-2472, cujas totalidades são aqui incorporadas por referência (a seguir designados "Hogan" e "Eloranta", respectivamente).
Uma curva de espalhamento é calculada a partir de n(1) (D) utilizando um modelo de retroespalhamento direto e modelo de espalhamento avançado. O fornecimento de uma curva de espalhamento calculada a partir de n(1) (D) utilizando um modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado pode ser realizado de qualquer maneira que não seja incompatível com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, a curva de espalhamento calculada é determinada de acordo com a função:
em que C é uma matriz que incorpora um modelo de retroespalhamento direto e S é uma matriz que incorpora o modelo de espalhamento avançado. Qualquer modelo de retroespalhamento direto e modelo de dispersão avançado adequado pode ser utilizado. Os modelos de retroespalhamento direto adequados para utilização em algumas modalidades aqui descritas são descritos, por exemplo, em Hogan e Eloranta. Além disso, a matriz C, em algumas modalidades, inclui elementos associados a um ou mais dentre a divergência do feixe de radiação eletromagnética, o comprimento focal das lentes do detector, e a geometria da faixa de nuvem amostrada.
A curva de espalhamento calculada a partir de n(1) (D) comparada com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a curva curva de espalhamento medida dentro de uma tolerância
Deffinida. A comparação das curvas pode ser administrada de qualquer forma desejada. Por exemplo, em algumas modalidades, a comparação é feita utilizando a curva de espalhamento inteira calculada e a curva de espalhamento medida toda. Em algumas modalidades, apenas uma porção da curva de espalhamento calculada é comparada a uma porção da curva de espalhamento medida. Em algumas modalidades, por exemplo, a comparação das curvas é administrada em ângulos pequenos, tais como os ângulos abaixo do ângulo de corte.
Além disso, a tolerância Deffinida pode compreender qualquer tolerância desejada que não seja incompatível com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, a tolerância Deffinida compreende um acordo entre a curva de espalhamento calculada e a curva de espalhamento medida com base em um teste quadrado x reduzido, tal como discutido, por exemplo, em John Mandel, The Statistical Analysis of Experimental Data, Dover Publications (1964), cuja totalidade é aqui incorporada por referência. O xquadrado reduzido pode ser expresso como se segue:
em que o índice k indica a faixa de FOV, e (N-2) é o número de graus de liberdade. 0 número de graus de liberdade é o número de pontos medidos de Ptotai(θk) menos os dois parâmetros de ajuste de e m para a distribuição de gotículas. O x computado para (N-2) graus de liberdade é comparado aos valores previamente tabelados de ProbN_2 (X probabilidade do acordo). O nível de probabilidade aceitável pode variar com base na razão sinal-ruído. Em algumas modalidades, a probabilidade aceitável de acordo é pelo menos cerca de 70 por cento. Em algumas modalidades, a probabilidade aceitável de acordo é pelo menos cerca de 80 por cento ou ao menos 90 por cento. Em algumas modalidades, a probabilidade aceitável de acordo é pelo menos cerca de 95 por cento.
Em algumas modalidades, a curva de espalhamento calculada a partir de n(1) (D) segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida. Em tais modalidades, o método pode ainda compreender a determinação de Deff utilizando n(1) (D) e determinando o LWC da nuvem utilizando Deff conforme descrito abaixo.
Em algumas modalidades, a curva de espalhamento calculada a partir de n(1) (D) segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida. Em algumas modalidades em que a curva de espalhamento calculada não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida, uma primeira estimativa de um diâmetro de volume mediano de gotícula (DMVD(1>) e parâmetro de forma (p1) são derivados a partir de n(1)(D). A determinagao de n{1-)(D) e p1 a partir de n(1)(D) pode ser realizada de uma forma que nao seja inconsistente com os objetivos da presente inven nas modalidades, Dmvd(1) pode ser d equagao:
de ac 
lidades, e determinado em que Dl é um primeiro diâmetro de gotícula inferior a DMVD*1’ e D2 é um segundo diâmetro de gotícula inferior DMVD(1>'Em algumas modalidades, Dl e D2 são pequenos o suficiente para que qualquer parte exponencial de n(1) (D) seja considerada a mesma para Dl e D2. Alguns componentes exponenciais possíveis de distribuições de tamanho de gotícula são descritos, por exemplo, em Shah, A.D., "Droplet Size Distribution and Ice shapes," American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA) International Conference of Aircraft Inflight Icing, maio de 1996, 1-20, cuja totalidade é aqui incorporada por referência.
O valor de DMVD*11 é alterado em resposta à curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância de conjunto a fim de proporcionar uma segunda estimativa do diâmetro de volume mediano de gotícula (DMVJ/25). Em algumas modalidades, o valor de DMVD11’ é aumentado a fim de fornecer o DMVD(2) • Em algumas modalidades, o valor de DMVD(1) é diminuído a fim de fornecer o DMvD<2)-Por exemplo, em algumas modalidades, o valor de DMVD(1) pode ser diminuído ou aumentado dependendo se a curva de espalhamento calculada falhar ao seguir a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida por ser demasiado elevada em ângulos de espalhamento pequenos ou muito baixa em ângulos pequenos de espalhamento.
Uma segunda distribuição de tamanho de gotícula de agua estimada estimativa água n(2) (D) é fornecida utilizando [DMVD(2)1 e em algumas modalidades, n(2) (D) é fornecido de 30 acordo com a equaçao:
' em que n0é a concentração de número de gotículas por unidade de diâmetro das gotículas em m‘3µ(1).
Em algumas modalidades, n0 ê medido. Em algumas modalidades, n0 é determinado de acordo com a equação:
A segunda curva de espalhamento calculada é fornecida a partir de n<2) (D) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, e a segunda curva de espalhamento calculada é comparada com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a segunda curva de espalhamento segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Dθffinida. O fornecimento da segunda curva de espalhamento calculada a partir de n(2> (D) utilizando um modelo de retroespalhamento direto e modelo de espalhamento avançado pode ser realizado de qualquer maneira desejada. Em algumas modalidades, por exemplo, a segunda curva de espalhamento calculada é determinada de acordo com a função:
em que S e C são tal como aqui descrito. Além disso, a comparação da segunda curva de espalhamento calculada à curva de espalhamento medida pode ser realizada de qualquer maneira desejada. Por exemplo, em algumas modalidades, as curvas podem ser comparadas—utilizando—um—peroeiitual—de-teste de x quadrado conforme aqui descrito.
Em algumas modalidades, a segunda curva de espalhamento calculada segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância de conjunto, e n(1> (D) representa a distribuição de gotículas de água que possuem um diâmetro além do diâmetro máximo de gotículas detectável. Em tais modalidades, o método pode ainda compreender a determinação do diâmetro das gotículas eficaz (Deff) utilizando n(1) (D) e a determinação do teor de água líquida da nuvem utilizando O Deff •
Alternativamente, a segunda curva de espalhamento calculada não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida, e o método compreende etapas adicionais. Em algumas modalidades, por exemplo, o método compreende ainda a alteração do valor de DMVD<2) em resposta segunda à curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada para fornecer uma terceira estimativa do diâmetro de volume mediano da gotícula DMVD(3) . Em algumas modalidades, o valor de DMVD(2) é aumentado a fim de fornecer o DMVD<3> • Em algumas modalidades, o valor de DMVD(2> é diminuído a fim de fornecer o DMVD<3) • Por exemplo, em algumas modalidades, o valor de DMVD(2) pode ser diminuído ou aumentado dependendo se a curva de espalhamento calculada falhar ao seguir a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida por ser demasiado elevada em ângulos de espalhamento pequenos ou muito baixa em ângulos pequenos de espalhamento . O DMVD(3) é utilizado em conjunto com p1 a fim de fornecer uma terceira distribuição de tamanho de gotícula éstimada [h“(3) (D) ] . Em algumas moda 1 idades, n(3i (Erj é~ determinado de acordo com a equação:
/ / em que n0é a concentração de número de gotículas por unida de diâmetro das gotículas em m'3p(1).Em algumas modalidade, n0 é medido. Em algumas modalidades, n0 é determinado de 10 acordo com a equação: 
Uma terceira curva de espalhamento calculada é fornecida a partir de n(3) (D) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, e a terceira curva de espalhamento calculada é comparada com a curva de espalhamento medida a fim de 20 determinar se a terceira curva de espalhamento segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância definida. O fornecimento de uma terceira curva de espalhamento calculada a partir de n<3) (D) utilizando um modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento 25 avançado pode ser realizado de qualquer maneira que não seja incompatível com os objetivos da presente invenção. Em algumas modalidades, por exemplo, a terceira curva de espalhamento calculada é determinada de acordo com a 30 função:
em que S e C são tal como aqui descrito. Além disso, a comparação da terceira curva de espalhamento calculada à 735 curva de espalhamentomedidapode ser realizadade qualquer maneira desejada. Por exemplo, em algumas modalidades, as curvas podem ser comparadas utilizando um percentual de teste de x quadrado conforme aqui descrito.
Em algumas modalidades, a terceira curva de espalhamento calculada segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância de conjunto, e n(3> (D) representa a distribuição de gotículas de água que possuem um diâmetro além do diâmetro máximo de gotículas detectável. Em tais modalidades, o método pode ainda compreender a determinação do diâmetro das gotículas eficaz (Deff) utilizando n(3) (D) e a determinação do teor de água líquida da nuvem utilizando o Deff, conforme descrito abaixo.
Alternativamente, a terceira curva de espalhamento calculada fornecida a partir de n(3) (D) não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida, e o método compreende etapas adicionais, inclusive etapas interativas. Por exemplo, em algumas modalidades, os métodos aqui descritos compreendem ainda a alteração do valor de DMVD*11’ em resposta a uma enésima curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida para proporcionar uma estimativa n+l do diâmetro de volume mediano de gotícula [DMVD(n+1>] , em que n é um número inteiro maior do que 3. Em algumas modalidades, o valor de DMVD(II) é diminuído a fim de fornecer o DMVD(Π+1)- A enésima curva de espalhamento calculada, em algumas modalidades, é determinada a partir de n(n+1) (D) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e modelo de espalhamento avançado aqui descritos.
O DMvDXn+1) é utilizado em conjunto com p1—a—f±m~—de~ fornecer uma (n+l) distribuição de tamanho de gotícula determinado de acordo com a equação:
em que n0é a concentração de número de gotículas por unidade de diâmetro das gotículas em m'3p-1. Em algumas modalidades, n0 é medido. Em algumas modalidades, n0 é determinado de acordo com a equação: 
Uma (n+1) curva de espalhamento calculada é fornecida a partir de n(n+1) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, comparada com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a (n+1) curva de espalhamento segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância Deffinida. O fornecimento da curva de espalhamento (n+1) a partir de n <n+i;) usando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, em algumas modalidades, é determinado de acordo com a função
em que S e C são tal como aqui descrito. Além disso, conforme aqui descrito, a comparação da (n+1) curva de espalhamento calculada à curva de espalhamento medida pode ser realizada de qualquer maneira desejada. Por exemplo, em algumas modalidades, as curvas podem ser comparadas utilizando um percentual de teste de x quadrado conforme aqui descrito.
Em algumas modalidades, a (n+1) curva de espalhamento calculada segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância de conjunto, e n(n+1)(D) representa a distribuição de gotículas de água que possuem um diâmetro além do diâmetro máximo de gotículas detectável.
Em algumas modalidades em que a curva de espalhamento calculada a partir de n(n+1) (p) segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância definida, o método pode ainda compreender a determinação Deff utilizando n(n+i) e determinação do LWC utilizando Deff.
Em algumas modalidades dos métodos aqui descritos, Deff é determinado de acordo com a equação:
2 0 em que n(D) é a da distribuição de tamanho de gotícula estimada desejada [por exemplo, n(1)(D), n(2) (D) , n<3) (D) , n(n+1) (D) ] .
Além disso, os métodos aqui descritos podem ainda compreender a determinação do LWC da nuvem utilizando Deff. 25 Em algumas modalidades, o LWC é determinado de acordo com a equação:
em que pé a densidade da água e aé o coeficiente de extinção óptica. Em algumas modalidades, por exemplo, o coeficiente de extinção óptica é medido. Em algumas 35 modalidadesi o coeficiente de extinção—óptica—é—calculado ou inferido.
A Figura 5 ilustra um fluxograma de um método de acordo com uma modalidade aqui descrita.
Contempla-se que os métodos aqui descritos podem ser pelo menos em parte executados e/ou aplicados em sistemas baseados em computador ou processador. Em algumas 5 modalidades, os sistemas a base de computador ou processador são parte de um sistema de aeronaves operacionais.
Várias modalidades da invenção foram descritas em cumprimento dos vários objetos da invenção. Deve-se 10 reconhecer que essas modalidades são meramente ilustrativas dos princípios da presente invenção. As numerosas modificações e adaptações serão facilmente evidentes para os técnicos no assunto sem afastamento ao espírito e escopo da invenção.
Claims (31)
1. Método de determinação de uma distribuição de tamanho de goticulas de água em uma nuvem caracterizadopelo fato de que compreende: amostragem de uma profundidade da nuvem com um feixe de radiação eletromagnética o feixe de radiação eletromagnética compreendendo um feixe emitido de um laser; medição de um sinal de espalhamento de radiação eletromagnética devolvido da nuvem ao longo de uma faixa de campo de ângulos de visão [ptotai(θ)] a fim de proporcionar uma curva de espalhamento medida; remoção de uma parte da curva de espalhamento medida; substituição da parte removida com uma extrapolação da curva de espalhamento restante medida a fim de proporcionar uma curva de espalhamento estimada; e determinação de uma primeira distribuição de tamanho de goticula estimada [na) (D) ] a partir da curva de espalhamento estimada utilizando um modelo de espalhamento avançado; fornecimento de uma curva de espalhamento calculada a partir de n(1) (D) utilizando um modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado; comparação da curva de espalhamento calculada com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a curva de espalhamento calculada segue a curva de espalhamento medida dentro de uma tolerância ajustada; determinação de uma primeira estimativa de um diâmetro de volume mediano de goticula (Dwr(1)) a partir de n'1) (D) e determinação de uma primeira estimativa de um parâmetro de forma (pii;) a partir de n!1) (D) ; e alteração do valor de Djwr(1) em resposta à curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada a fim de proporcionar uma segunda estimativa do diâmetro de volume mediano de gotícula (Djwr(2)) e utilizando (Djwr(2!) e p(1) para proporcionar uma segunda estimativa da distribuição de tamanho de goticula ní25 (D) .
2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizadopelo fato de que compreende ainda o fornecimento de uma segunda curva de espalhamento calculada a partir de n(2)D utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado e comparando a segunda curva de espalhamento calculada com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a segunda curva de espalhamento segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada.
3. Método, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a alteração do valor de D«/D!2Í em resposta à segunda curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada para proporcionar uma terceira estimativa do diâmetro de volume mediano da goticula (Djwr(3)) .
4. Método, de acordo com a reivindicação 3, caracterizadopelo fato de que compreende ainda o fornecimento de uma terceira estimativa de distribuição de tamanho de goticula n(3) (D) utilizando DW31 e p(1) .
5. Método, de acordo com a reivindicação 4, caracterizadopelo fato de que compreende ainda o fornecimento de uma terceira curva de espalhamento calculada a partir de n(3) (D) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, e comparando a terceira curva de espalhamento calculada com a curva de espalhamento medida a fim de determinar se a terceira curva de espalhamento segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada.
6. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizadopelo fato de que a parte da curva de espalhamento medida é removida no campo de ângulos de visão abaixo de um ângulo de corte.
7. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que o ângulo de corte é o ângulo de divergência do feixe de radiação eletromagnética.
8. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que a extrapolação da curva de espalhamento medida restante satisfaz as condições de encontro da curva de dispersão restante no ângulo de corte e desaparecimento a θ = 0.
9. Método, de acordo com a reivindicação 6, caracterizadopelo fato de que a parte removida da curva de espalhamento medida compreende um sinal correspondente ao retroespalhamento direto da radiação eletromagnética [pdíreta (θ) ] e a curva de espalhamento medida restante compreende um sinal correspondente da dispersão avançada da radiação eletromagnética [pdisp(θ) ] •
10. Método, de acordo com a reivindicação 9, caracterizadopelo fato de que a curva de espalhamento estimada fornece uma primeira estimativa da dispersão avançada da radiação eletromagnética [p(1)disP(θ) ] .
11. Método, de acordo com a reivindicação 10, caracterizadopelo fato de que n íl} (D) é determinado de acordo com a função:
em que S é uma matriz que incorpora o modelo de espalhamento avançado.
12. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que a curva de espalhamento calculada é determinada de acordo com a função:
em que C é uma matriz que incorpora um modelo de retroespalhamento direto.
13. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que DMB(1) é determinado de acordo com a equação:
14. Método, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que p!li é determinado de acordo com a equação:
em que Di é um primeiro diâmetro de goticula inferior a Djwr(1) e D2 é um segundo diâmetro de goticula inferior Djwr(1) .
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que a terceira curva de espalhamento calculada segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada, e n<3> (D) representa a distribuição de gotículas de água que possuem um diâmetro além do diâmetro máximo de gotículas detectável.
16. Método, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado pelo fato de que a curva de espalhamento calculada é determinada de acordo com a função:
17. Método, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação do teor de água liquido da nuvem utilizando Dθff.
18. Método, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por compreender ainda a determinação do diâmetro de gotículas eficaz (DθffJ utilizando ní3) (D) .
19. Método, de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a alteração do valor de Djwr(n) em resposta a uma enésima curva de espalhamento calculada que não segue a curva de espalhamento medida dentro da tolerância definida para proporcionar uma estimativa n+l do diâmetro de volume mediano de goticula [Dí®(n+1!], em que n é um número inteiro maior do que 3.
20. Método, de acordo com a reivindicação 19, caracterizado pelo fato de que compreende ainda o fornecimento de uma distribuição do tamanho de goticula estimada [nín+1) (D) ] utilizando Djwr(n+1! e píl} .
21. Método, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por compreender ainda o fornecimento de uma curva de espalhamento calculada (n+l) a partir de n(n+1) (D) utilizando o modelo de retroespalhamento direto e o modelo de espalhamento avançado, a curva de espalhamento calculada (n+l) seguindo a curva de espalhamento medida dentro da tolerância ajustada.
22. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que compreende a determinação do βπ diâmetro de gotículas eficaz (Dθff) utilizando n(n+1) (D) .
23. Método, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que compreende ainda a determinação do teor de água líquido da nuvem utilizando Deff .
24. Método, de acordo com a reivindicação 21, caracterizado pelo fato de que a parte da curva de espalhamento medida é removida no campo de ângulos de visão abaixo de um ângulo de corte.
25. Método, de acordo com a reivindicação 24, caracterizado pelo fato de que o ângulo de corte é o ângulo de divergência do feixe de radiação eletromagnética.
26. Método, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que a parte removida da curva de espalhamento medida compreende um sinal correspondente ao retroespalhamento direto da radiação eletromagnética [pdireta (θ) ] e a curva de espalhamento medida restante compreende um sinal correspondente da dispersão avançada da radiação eletromagnética [pdiSp(θ) ] .
27. Método, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que a curva de espalhamento estimada fornece uma primeira estimativa da dispersão avançada da radiação eletromagnética [pD’disp (θ) ] .
28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que níl! (D) é determinado de acordo com a função:
em que S é uma matriz que incorpora o modelo de espalhamento avançado.
29. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que a curva de espalhamento calculada é determinada de acordo com a função:
em que C é uma matriz que incorpora um modelo de retroespalhamento direto.
30. Método, de acordo com a reivindicação 28, caracterizado pelo fato de que DMVD(1) é determinado de acordo com a equação:
31. Método, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que p(1) é determinado de acordo com a equação:
em que Di é um primeiro diâmetro de goticula inferior a DW1' e Ü2 é um segundo diâmetro de goticula inferior DW11.
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