FR2594554A1

FR2594554A1 - Systeme pour mesurer les repartitions en hauteur de la temperature atmospherique ainsi que de la vitesse et de la direction du vent

Info

Publication number: FR2594554A1
Application number: FR8617121A
Authority: FR
Inventors: Hisao Inuki; Yoshihisa Masuda; Kozo Takahashi
Original assignee: YUSEISHO DENPA KENKYUSHO
Current assignee: YUSEISHO DENPA KENKYUSHO
Priority date: 1985-12-06
Filing date: 1986-12-08
Publication date: 1987-08-21
Anticipated expiration: 2006-12-08
Also published as: FR2594554B1; US4761650A; JPH063453B2; JPS62133357A

Abstract

Système comprenant des moyens pour déterminer les répartitions en hauteur de la direction du vent et de la vitesse du vent à partir des fréquences Doppler par émission d'une onde radio-électrique dans l'atmosphère ; des moyens pour déterminer une zone de réflexion dans un intervalle de hauteur ; des moyens pour émettre des impulsions d'ondes radio-électriques vers la zone de réflexion, par réglage de l'angle d'azimut de cette antenne ; des moyens pour déterminer la vitesse du son à partir d'une valeur provenant d'un bloc de mesure 10 de vitesse du son placé au sol ; des moyens 11 de production d'onde sonore pour déterminer une onde sonore de fréquence optimale dans un intervalle de hauteur et des moyens pour obtenir une fréquence Doppler de la vitesse du son à partir de la fréquence Doppler de l'onde diffusée et de la fréquence Doppler de l'onde réfléchie, de manière à déterminer ainsi la température atmosphérique. (CF DESSIN DANS BOPI)

Description

Système pour mesurer les répartitions en hauteur de la température

atmosphérique ainsi que de la vitesse et

de la direction du vent ".

L'invention concerne un système pour mesurer les répartitions en hauteur de la température atmosphérique ainsi que de la vitesse et de la direction du vent dans une plage de hauteurs d'environ 2 km à

km, en utilisant un système de sondage radio-acousti-

que (SSRA).

Le SSRA est considéré comme un sys-

tème très prometteur pouvant être utilisé pour la mesure, commandée à distance, des répartitions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent. Ce système se caractérise par l'utilisation de la réflexion

des ondes radio-électriques par des fronts d'ondes sono-

res. Il est utilisé par exemple pour obtenir une réparti-

tion en hauteur de la température atmosphérique par récep-

tion des ondes radio-électriques réfléchies par plusieurs dizaines de fronts d'onde sonores de même phase, et par calcul de la température atmosphérique à l'endroit des fronts d'onde, à partir des fréquences Doppler de ces

ondes radio-électriques. Dans le SSRA selon l'art anté-

rieur, le front d'onde dans l'atmosphère est considéré

comme étant une surface sphérique.

Un SSRA selon l'art antérieur à antenne d'émission/réception unique est utilisé dans le seul but de former une répartition en hauteur de la

température atmosphérique. Quand il y a du vent, cepen-

dant, la mesure ne peut se faire que Jusqu'à une hauteur

de quelques centaines de mètres. Un SSRA utilisant plu-

S sieurs antennes de réception peut mesurer les réparti-

tions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent (Brevet U.S.A N 4 351 188). Cependant, la zone de l'installation d'antenne est proportionnelle au produit de la limite supérieure de la plage de hauteurs des mesures par la vitesse du vent (c'est-à-dire que le diamètre de la zone de réception est égal au double de la limite supérieure de la plage de hauteurs, multipliée par le rapport de la vitesse moyenne mesurée du vent à la vitesse du son). Cela signifie que pour la mesure des répartitions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent, jusqu'à une hauteur de 3 km et Jusqu'à une vitesse moyenne du vent de 50 m/sec, par exemple, une zone de 1 km de diamètre est nécessaire et un grand nombre d'antennes doivent être installées dans

cette zone.

De plus, avec un SSRA dont la direction de faisceau des antennes est fixée au zénith, la limite supérieure de la plage de hauteurs des mesures varie beaucoup avec la vitesse du vent, de sorte que les mesures à grandes hauteurs ne peuvent être effectuées en permanence. Le but de l'invention est de créer un système de mesure des répartitions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent qui permette une mesure continue et précise des répartitions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent jusqu'à une hauteur d'environ 20 km sans

être influencé par les vents.

Un autre but de l'invention est de créer un système de mesure des répartitions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent Jusqu'à une hauteur d'environ 20 km, au moyen seulement d'une paire de générateur d'onde sonore et d'un radar Doppler. Pour atteindre les buts ci-dessus, l'invention utilise le fait qu'un front d'onde sonore dans l'atmosphère constitue une partie d'une surface

ellipsoidale, et qu'il existe toujours une normale pas-

sant par un point intérieur de l'ellipsoïde.

Ainsi, l'invention concerne un sys-

tème pour mesurer les répartitions en hauteur de la tem-

pérature atmosphérique, de la direction du vent et de

la vitesse du vent, système caractérisé en ce qu'il com-

prend des moyens pour déterminer les répartitions en hau-

teur de la direction du vent et de la vitesse du vent

dans une plage de hauteurs de mesure à partir des fré-

quences Doppler d'ondes diffusées par émission d'une onde radioélectrique dans l'atmosphère; des moyens pour déterminer une zone de réflexion dans un intervalle de hauteur de la plage de hauteurs de mesure à partir des répartitions en hauteur obtenues de la direction du vent et de la vitesse du vent; des moyens pour émettre des impulsions d'ondes radio-électriques vers la zone de

réflexion au moyen d'une antenne d'ondes radio-électri-

ques, par réglage de l'angle d'azimut de cette antenne; des moyens pour déterminer la vitesse du son dans un intervalle de hauteur de la plage de hauteurs de mesure à partir d'une valeur provenant d'un bloc de mesure de vitesse du son placé au sol; des moyens de production

d'onde sonore pour déterminer une onde sonore de fréquen-

ce optimale dans un intervalle de hauteur, et pour émet-

tre les ondes sonores successivement déterminées; des moyens pour balayer de façon continue l'angle d'élévation de l'antenne d'ondes radioélectriques; des moyens pour recevoir une onde réfléchie lorsque le faisceau d'ondes radio-électriques émis devient orthogonal à un front

d'onde sonore; des moyens pour détecter l'angle d'élé-

vation de l'antenne et la fréquence Doppler d'une onde réfléchie lorsque cette onde réfléchie est reçue; et des moyens pour obtenir une fréquence Doppler de la vitesse du son à partir de la fréquence Doppler de l'onde diffusée et de la fréquence Doppler de l'onde réfléchie,

de manière à déterminer ainsi la température atmosphéri-

que.

Un radar Doppler à impulsions capa-

ble de mesurer des répartitions en hauteur de la vitesse

du vent à partir des fréquences Doppler des ondes radio-

électriques diffractées par la turbulence de l'atmosphère, et un générateur d'ondes sonores, sont disposés en ligne droite dans le sens du vent, une onde sonore étant émise

par le générateur d'ondes sonores, et une onde radio-

électrique étant émise par le radar Doppler en direction de l'onde sonore émise. Le faisceau de l'antenne radar est balayé de façon que le front d'onde et ce faisceau

de l'antenne radar se coupent l'un l'autre à angle droit.

La vitesse du front d'onde du son est mesurée à partir

des fréquences Doppler des ondes radio-électriques réflé-

chies par le front d'onde sonore. La vitesse du vent est mesurée à partir des fréquences Doppler des ondes

radio-électriques diffractées par la turbulence atmosphé-

rique. La vitesse du son est obtenue en déduisant la com-

posante de vitesse du vent de la vitesse mesurée du front

d'onde du son, en utilisant la vitesse du vent mesurée.

La valeur de la vitesse du son ainsi obtenue est calculée

en termes de température atmosphérique de manière à obte-

nir ainsi la répartition en hauteur de la température atmosphérique. L'invention sera décrite en détails en se référant aux dessins ci-joints dans lesquels:

- la figure 1 est un graphique repré-

sentant les coordonnées des équations du front d'onde du son;

- la figure 2 est une vue explica-

tive illustrant le front d'onde du son et une normale à celui-ci passant par la source sonore;

- la figure 3(a) est une vue expli-

cative illustrant la formation d'une zone de réflexion de l'onde radioélectrique, lorsque le cisaillement du vent est supérieur au cisaillement de la vitesse du son

- la figure 3(b) est une vue expli-

cative illustrant la formation d'une zone de réflexion de l'onde radioélectrique, lorsque le cisaillement du vent est inférieur au cisaillement de la vitesse du son; - la figure 4 est une vue illustrant les principes sur lesquels se base la détermination de la vitesse du son et de la vitesse du vent;

- la figure 5 est un schéma synopti-

que d'un système destiné à mesurer, selon l'invention,

les répartitions en hauteur de la température atmosphé-

tique et de la vitesse du vent;

- la figure 6 est une vue explica-

tive illustrant l'état dans lequel les ondes radio-

électriaues émises par le système de la figure 5 sont réfléchies par les fronts d'ondes sonores, puis reçues par l'antenne; - la figure 7(a) est un graphique représentant la répartition en hauteur des composantes de vitesse de vent sud-nord obtenues par le système selon l'invention; - la figure 7(b) est un graphique représentant la répartition en hauteur des composantes de vitesse de vent est-ouest obtenues par le système selon l'invention; - la figure 8 est une vue explicative illustrant la zone de réflexion d'onde radio-électrique d'un front d'onde sonore; - la figure 9 est un graphique représentant le spectre de puissance de la vitesse de front d'onde sonore; - la figure 10(a) est un graphique représentant le contour du spectre de puissance de la vitesse du front d'onde sonore; et la figure lO(b) est un relevé de

points représentant la répartition en hauteur des tempé-

ratures mesurées.

On décrira tout d'abord sur les

figures 1 à 3, les principes sur lesquels se base l'in-

vention.

Dans le système de coordonnées ortho-

gonales de la figure 1, l'axe des x est gradué en vitesse de vent au point P dans un plan horizontal et l'axe des y est gradué en direction de zénith. Dans la vitesse du vent, la composante verticale peut généralement être négligée, lorsqu'on considère la moyenne sur une courte période de temps. Par suite, le front d'onde sonore peut s'exprimer par les équations de mouvement ci-après (x étant la dérivée de la variable x en fonction du temps): = s sin 0 cos p + v = s sin Q sin p... (1) = s cos 0 o 0 et p sont les angles du noint P en coordonnées polaires, s est la valeur absolue de la vitesse du son, et v est la valeur absolue de la vitesse du vent. La valeur s est représentée par l'équation suivante: s = 20,0463 T 112 (m/sec)... (2) En intégrant en fonction du temps, les équations (1) et en éliminant 0 et p, on obtient les

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7.

équations exprimant le front d'onde sonore.

Les vitesses s et v sont des fonc-

tions du temps t et du point P (x, y, z). On considèrera

ci-daprès que ces vitesses sont des valeurs moyennes pen-

dant le temps de mesure St, de sorte qu'elles ne sont fonction que du seul point P pendant le temps de mesure St. Comme indiqué ci-dessus, v peut être traité comme une fonction de y seulement. La vitesse s est une fonction

de la température atmosphérique comme indiqué par l'équa-

tion (2). Généralement, la température atmosphérique,

comme la vitesse du vent, sont considérées comme constan-

tes dans un plan horizontal, de sorte -qu'elles sont con-

sidérées comme des fonctions de y seulement. Des premières approximations des vitesses v et s s'expriment par les équations suivantes: v = v + v'y (3) s = so - s'y (4)

dans lesquelles v est la vitesse du vent dans la direc-

o tion de l'axe des x dans le plan y = o, so est la valeur absolue de la vitesse du son dans le plan y = o, v' = v, et s' = _ (égale à environ 0, 004/sec dans la ay c

a basse atmosphère).

Les variables vo, , et s' sont toutes des fonctions du temps t et du point P. Comme pour v et s, on considère leurs valeurs moyennes St pendant le temps de mesure St, de sorte que ces valeurs sont considérées comme constantes pendant le temps St. Lorsque les équations (3) et (4) s'appliquent, la dérivée de p en fonction du temps dans les équations (1) est r = s'cosw - v' (cos2.+sin2) =

s'cos P - v'.

Dans cette équation, le terme "s'cos -v'cos2 I" représente la réfraction de l'onde sonore par la loi de Snell (rotation du front d'onde), et le terme "-v'sin2c" représente la courbure de l'onde sonore du fait des variations de vitesse du vent avec l'altitude (cisaillement du vent) ou courbure de Ray. En considérant l'équation ci-dessus et en utilisant les dérivés d'ordres supérieurs des équations (1) avec O0 = 0, on obtient les équations ci-après par substitution dans les développements de Taylor de s, y et z: x = vot + sinO, sot {cos yo- 1 (1 + sin 0O) x sin yo cosco s't + sin ov't +...} (5) y = sing0osot {sin q + 1 (cos2 w - sin O x stn2P0s cso v't +}. (6> sin 2P,)s't + 2 cos y O v't (6) z.= cos Oosot {l - 2 sin O0 sinyos't +...} dans lesquels:

x = y = z = 0, 0 = O et y = co lorsque t = o.

Dans une observation ordinaire de l'atmosphère (à des hauteurs de 10 km ou moins), les

valeurs absolues de s't et v't sont inférieures à 0,1.

Par suite, en négligeant leurs termes du second ordre et au-dessus, et en éliminant Ho et yo des équations ci-dessus, on obtient l'équation suivante: (X - vt>2 + (y t s1 t2)2 + z2 - (x - v ot) y v't = (s t)2 (7) o o En déplaçant l'origine de l'équation ci-dessus pour l'amener en un point (v t -s'v't2/4 s't/2 s t o 1-(v't/2) l-(v't/2) et en faisant tourner le système autour de l'axe z d'un angle c, on obtient l'équation ci-après d'une surface ellipsoldale-:

(X)2 + (Y)2 + (Z) = 1.... (8)

dans laqueile X, Y, Z: variables après transformation de coordonnées: a _ ( 1 + v't/4) s t

À 0

b (1 - v't/4) s ot c _s t Iv'tI < 4 <p = T/4 L'équation ci-dessus indique que le front d'onde sonore exprimé par les équations (1) s'étale en une surface ellipsoidale de longueurs axiales a, b et c. La figure 2 représente la ligne d'intersection elliptique de la surface avec un plan z = o dans le cas o les termes du second ordre et au-dessus sont également

pris en compte.

Bien que v' et s' soient des fonc-

tions de y, celles-ci peuvent être considérées comme des constantes, lorsqu'on choisit une distance y appropriée, de sorte qu'on peut obtenir une approximation de v et s par les équations (3) et (4). On peut vérifier d'une façon générale en répétant les procédures ci-dessus, que

le front d'onde sonore est une surface ellipsoidale.

En prenant la dérivée partielle de l'équation (7) pour obtenir l'équation d'une normale à la surface ellipsoidale, et en substituant les valeurs

de l'origine dans l'équation, on obtient l'équation sui-

vante: x x - v't y/2 - v t o = _ z y z... (9) - v't x/2 + y + (s's + v'v) t 2/2 z o 0 L'équation ci-dessus représente une normale à l'équation (7) passant par l'origine O (o, o, o). Cela signifie qu'une onde radioélectrique émise à

l'origine o est réfléchie par un point satisfaisant si-

multanément les équations (7) et (9) (appelé ci-après P)

pour revenir à l'origine O de manière à être reçue.

Lorsque z 4 o et v' 4 o, les valeurs ci-après sont obtenues par les équations (7) et (9).(Lorsque v' = o, le front d'onde est une surface

sphérique).

x = (v0 + v so)t 2vo y= VI z 1 _(v') 2 ( t2 _ (2vo)2 St VI- 'vits

La valeur de y dans l'équation ci-

dessus est souvent négative dans le cas d'une atmosphère

normale, et la valeur de z est souvent un nombre imagi-

naire. En d'autres termes, lorsque z o et v' 4 o, il

arrive souvent que l'angle d'élévation du point de réfle-

xion vu depuis la source sonore soit négatif ou qu'il n'existe pas de point de réflexion. Par suite, on consi-

dèrera seulement ci-après le cas o z = o et v' 4 o.

Lorsque z = o et v' 4o, les équa-

tions (7) et (9) peuvent s'exprimer par: (x-vot) +(y+s'sot2)2-(x-vot) yv't = (st)2.... (10) Sv Yv x2-y2(vo + -r so)tx -2 v' = o.... (11) Comme {vo1 < s,, l'équation (10)

représente une ellipse contenant l'origine o. Au contrai-

re, l'équation (11) représente une hyperbole rectangu-

laire passant par l'origine o.

En déplaçant l'origine de l'équation i Vo 1 s ' v (11) ( vot + 1 vS sot; v') 2 n2 R2 il= R2 et n étant les variables après la transformation de

coordonnées.

R2 = SIs, 2 I s' S+2] t2 R 2 = [( v)0 + 4 ' (v} vv2]

Un exemple d'hyperbole correspon-

dant, au cas o l'on prend également en compte les ter-

mes du second ordre et au-dessus de s't et v't, est représenté sur la figure 2. Sur cette figure 2, x et (

représentent les angles V = vot, S = sot, et y = s'/v'.

Le point P (x, y, o) satisfaisant simultanément les équations (10) et (11) est le point de réflexion à obtenir. Comme indiqué ci-dessus, l'ellipse d'équation (10) contient l'origine o, et la courbe

d'équation (11) passe par l'origine o.

Par suite, les équations simultanées (10) et (11) comportent au moins deux ensembles de solu- tions réelles. Dans le cas d'une atmosphère normale, l'un au moins de ces ensembles de solutions comporte une valeur positive de y. Lorsque Is'l < Iv'I, on obtient deux ensembles de solutions réelles, dans lesquels y est positif, c'est-à-dire que l'angle d'élévation est positif. Les figures 3(a) et 3(b) représentent chacune une zone dans laquelle la direction du faisceau d'antenne et le front d'onde sonore se coupent à angle droit (zone de réflexion de l'onde radio- électrique) dans le cas o une antenne radio-électrique de 100 m de diamètre d'ouverture D, et un générateur d'onde sonore, sont placés au même point sur le sol (origine). Ici,

so = 331 m/sec, s' = 2,86 x 10 3 1/sec et vo = 0,1 m/sec.

La figure 3(a) représente la zone de réflexion de l'onde radio-électrique dans le cas o v' = 3,37 x 10 3 1/sec et

Iv'l > Is'[. La figure 3(b) représente la zone de réfle-

xion de l'onde radio-électrique lorsque v' = 2,25 x 103

1/sec et Iv'[ ' Is'1. La zone de réflexion de l'onde radio-

électrique est formée Jusqu'à une hauteur d'environ 3 km dans la direction du zénith, tandis qu'elle est formée Jusqu'à une hauteur d'environ 8 km dans les directions

d'angles d'élévation d'antenne de 110 à 120 . On remar-

quera sur les figures 3(a) et 3(b) que les ondes radio-

électriques réfléchies peuvent être reçues de fronts d'onde sonores à grande hauteur, si l'on effectue un

balayage de la direction du faisceau d'antenne.

On décrira maintenant la mesure des répartitions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent. On décrira tout d'abord la mesure des répartitions en hauteur de la vitesse du vent et de la température atmosphérique en utilisant les ondes

radio-électriques réfléchies par les fronts d'onde sono-

res, et les ondes radio-électriques diffusées du fait de la turbulence atmosphérique. Lorsqu'on effectue le balayage de la direction du faisceau d'antenne d'un radar Doppler de façon que la direction du faisceau d'antenne coupe perpendiculairement un front d'onde sonore, le radar reçoit les ondes réfléchies par les fronts d'onde sonores. On peut ainsi obtenir une répartition en hauteur

de la vitesse du front d'onde sonore à partir de la fré-

quence Doppler de l'onde radio-électrique réfléchie par

chacun des points situés dans un intervalle de hauteur.

La vitesse du front d'onde sonore est la somme de la vitesse du son et de la composante de vitesse du vent

dans la direction du faisceau.

En outre, le radar peut recevoir les

ondes radio-électriques diffusées du fait de la turbulen-

ce atmosphérique. Par suite, la répartition en hauteur de

la vitesse du vent peut être obtenue à partir de la fré-

quence Doppler de l'onde diffusée par chacun des points d'un intervalle de hauteur. La répartition en hauteur de la vitesse du son peut être obtenue en soustrayant la

composante de vitesse du vent dans la direction du fais-

ceau, de la vitesse du front d'onde sonore en chacun des points d'un intervalle de hauteur. La vitesse du son dans l'atmosphère est proportionnelle à la racine carrée de

la température atmosphérique absolue. Il est donc possi-

ble d'obtenir la répartition en hauteur de la température atmosphérique à partir de la répartition en hauteur de la

vitesse du son.

On décrira maintenant les mesures des répartitions en hauteur de la vitesse du vent et de la température atmosphérique en utilisant simplement les

ondes réfléchies par les fronts d'onde sonores.

On décrira tout d'abord un procédé permettant d'obtenir la vitesse du vent v et la vitesse du son s, lorsqu'on dispose de deux points de réflexion

présentant des angles d'élévation positifs.

L'un des deux points de réflexion à l'instant t1 est repéré par P1, et son angle d'élévation ou son supplémentaire, ainsi que la distance à l'origine

O, sont repérés respectivement par f1 et rI (figure 4).

L'un des deux points de réflexion dont l'angle d'éléva-

tion ou son supplémentaire est différent de 1 à l'ins-

tant t2 est repéré par P2, son angle d'élévation ou son supplémentaire et la distance de l'origine O sont repérés respectivement par Q2 et r2. ri (i étant désigné par 1 ou 2 ci-après) prend des valeurs continues. Par suite,

on peut obtenir ri et pi à une hauteur donnée satisfai-

sant l'équation: y = r1 sin p1 = r2 sin P2... (12) Comme dans le SSRA ordinaire, la valeur de ri peut être calculée à partir du temps de

propagation de l'impulsion d'onde sonore ou de l'impul-

sion d'onde radio-électrique. çt est l'angle d'élévation

de l'antenne de réception ou le supplémentaire de celui-

ci.

A partir de la relation générale entre la vitesse s + v cos t du mouvement d'un front d'onde et la fréquence Doppler Afi, on peut obtenir les équations: Afl/2 = s + v cos 1 Af2/2 = s + v cos 2... (13) o Z est la longueur d'onde de l'onde radio-électrique émise et Lf. est la fréquence Doppler de l'onde réfléchie depuis Pi' En résolvant en v et s l'équation ci-dessus, on obtient:

V-(14)

2 (cos p1 - cos 2... (14)

-A( Af2 COS ( ll cos 2).

s < 2 = 2... (15) 2( cos -1 cos 02) Lorsqu'il n'existe qu'un seul point de réflexion présentant un angle d'élévation positif, c'est-à-dire lorsque Iv'| < Is'l, la vitesse du vent v et la vitesse du son s peuvent être obtenues, bien que la précision soit légèrement réduite, par un procédé qui sera décrit ci-après. Les indices de r, t, P, f sont supprimés ci-après, lorsqu'il n'existe qu'un seul point

de réflexion.

En transformant les équations (10) et (11) et en négligeant les termes du second ordre de s't, on peut obtenir les équations suivantes: -(x-vot) tv'y + sot2S'y + (x- vot)2 + y2 = (sot)2 (x - y -votx)v' - sotxs' - 2Voy = o En tirant v'y et s'y des équations

ci-dessus pour les substituer dans les équations résul-

tantes (12), c'est-à-dire y = r. sin (i et x = r. cos i' et en négligeant les termes du second ordre et au-dessus, de r - sot et vot, on obtient les équations suivantes: v'y =2 {(t so0) cos <i - v } /sin2 Oi... 16) s'y = 2 -s( <P s'y = 2 {(t sO) cos 2 i - v cos3 i} /sin2 ei (17) Si les termes de vo peuvent être négaligés dans les équations ci-dessus, du rapport entre les équations (16) et (17) ci-dessus, ainsi que les équations (3), (4) et (13), on peut obtenir les équations suivantes: v'y = (v -2 s. - v0 cos pi) cos ip/sin2 i... (16') tAf2 s'y = (v -p-- so - vo cos pi) cos 2 (p/sin i... (17') En substituant les équations (16) et (17) ou les équations (16') et (17') dans les équations (3) et (4), on peut obtenir v et s en un point de hauteur y. En transformant l'équation (2) représentant la valeur

absolue de la vitesse du son, on obtient l'équation sui-

vante: T = s2/20,04632 ( s étant en m/sec.)... (18) A partir des équations (14) et (15) ci-dessus ou des équations (3), (4), et des équations (16) et (17) ou des équations (16') et (17'), et de l'équation (18), on détermine la vitesse du vent et la

température atmosphérique en un point de hauteur y repré-

senté par l'équation (12). La direction du vent est

l'angle d'azimut a de l'antenne de réception correspon-

dant à Pi' ou la direction opposée.

Comme indiqué ci-dessus, pi se

trouve dans la plage de O à i et r prend des valeurs con-

tinues, de sorte qu'il est possible de tracer les profils des répartitions en hauteur de la vitesse du vent et de

la température atmosphérique.

On décrira maintenant sur les figu-

res 5 et 6 un système permettant de mesurer les réparti-

tions en hauteur de la vitesse du vent et de la tempéra-

ture atmosphérique selon l'invention. Le système illustré sur ces figures comprend un générateur d'onde sonore 11, un radar Doppler à impulsions 12, un bloc de mesure de vitesse du son placé au sol 13, un bloc de mesure de

vitesse de vent placé au sol 10, et un bloc de traite-

ment de données 9. Le générateur d'onde sonore 11 com-

prend une antenne d'émission d'onde sonore 1 et un émet-

teur d'onde sonore 2. Le radar Doppler à impulsions 12

comprend une antenne d'émission/réception d'ondes radio-

électriques 3, un convertisseur d'émission/ réception 4, un émetteur 5, un oscillateur 6, un récepteur 7 et un

détecteur Doppler 8.

L'antenne d'onde sonore 1 est bran-

chée à l'émetteur d'onde sonore 2 lui-même branché au

bloc de traitement de données 9. L'antenne d'ondes radio-

électriques 3 peut être branchée à l'émetteur 5 et au

récepteur 7 par l'intermédiaire du convertisseur d'émis-

sion/réception 4. L'antenne 3 est utilisée pour émettre

et recevoir les ondes radio-électriques. Lorsqu'on uti-

lise des antennes séparées pour l'émission et la récep-

tion, le convertisseur 4 n'est pas nécessaire. Les an-

gles d'élévation et d'azimut de l'antenne 3 sont pré-

réglés suivant les commandes du bloc de traitement de données 9. L'émetteur 5 et le récepteur 7 sont branchés à l'oscillateur 6. Le récepteur 7 est également branché au bloc de traitement de données 9 par l'intermédiaire du détecteur Doppler 8. Le bloc de mesure de vitesse du son placé au sol 13 et le bloc de mesure de vitesse du vent placé au sol 10, sont branchés au bloc de traitement

de données 9.

L'onde sonore émise par le généra-

teur d'onde sonore 11 est soit une onde pulsée, soit une onde continue. La fréquence d'émission de l'onde sonore se situe convenablement entre 60 et 6 000 Hz. La sortie d'émission d'onde sonore se situe convenablement entre 130 à 150 phonons. Les ondes sonores à l'extérieur L8 de cette plage sont fortement atténuées et nécessitent également des dispositifs spéciaux, de sorte qu'elles ne sont pas économiques. L'antenne d'onde sonore 1 peut

être une antenne parabolique, une antenne cornet.

L'émetteur d'onde sonore 2 doit être capable de faire varier la fréquence d'émission de l'onde sonore pour la

raison suivante: Lorsque les ondes réfléchies de plu-

sieurs dizaines de fronts d'onde sonores sont reçues avec

la même phase, la puissance des ondes reçues est maximum.

Cela veut dire que la puissance reçue est maximum lorsque les quelques dizaines de fronts d'onde sonores satisfont la condition de résonance de Bragg par rapport aux ondes radio-électriques émises,

c'est-à-dire, lorsque la longueur d'onde de l'onde radio-

électrique émise est le double de la distance entre fronts d'onde adjacents. Pour satisfaire cette condition, il est nécessaire de contrôler la fréquence de l'onde sonore émise. Pour cette raison, l'émetteur d'onde sonore 2 doit être capable de faire varier la fréquence de

l'onde sonore émise.

En utilisant le système de mesure présentant la construction décrite cidessus, on décrira maintenant la mesure des répartitions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent à partir des ondes radio-électriques réfléchies par le front d'onde sonore, et des ondes diffusées par la turbu-

lence atmosphérique.

Par suite du fonctionnement du radar

Doppler 12 à impulsions, l'antenne d'ondes radio-électri-

ques 3 émet des ondes radio-électriques de fréquence f et reçoit les ondes diffusées produites par la turbulence atmosphérique à des altitudes correspondant chacune au produit d'une résolution Ay par un nombre entier (appelé simplement ci-après "à chacune des altitudes"), et la

répartition en hauteur de la vitesse du vent est détermi-

* née à partir des fréquences Doppler des ondes diffusées reçues par l'antenne d'ondes radio-électriques 3. Pour être plus précis, les ondes diffusées dont les faisceaux se coupent à angles droits, sont reçues par l'antenne d'ondes radio-électriques 3 tandis que l'angle d'éléva-

tion de l'antenne d'ondes radio-électriques 3 est main-

tenu à une valeur donnée dans la plage de 15 à 165 .

Le signal d'onde de diffusion reçu est envoyé au détecteur Doppler 8 pour une détection

orthogonale et une conversion analogique-numérique cor-

respondant à chaque multiple entier de Ay. Le signal de sortie de conversion est appliqué, sous la forme d'une série temporelle d'échantillons provenant de la

même hauteur pour chaque impulsion, au bloc de transfor-

mation de Fourier rapide (TFR) effectuant la transforma-

tion de Fourier rapide avec une résolution de fréquence de 0,2 Hz pour détecter la fréquence Doppler. Ainsi, les fréquences Doppler correspondant à deux angles d'azimut orthogonaux différents, sont détectées pour un intervalle de hauteurs. Le bloc de traitement de données 9 transforme les fréquences Doppler des deux angles d'azimut différents,

en répartition en hauteur de la vitesse du vent.

Le bloc de traitement de données 9 détermine la direction du vent à partir de la surface du

sol, jusqu'à une hauteur y(y = Ly) à partir de la répar-

tition en hauteur de la vitesse du vent sur la base d'une valeur prédéterminée d'intervalle de hauteur Ay, et

règle l'angle d'azimut a de l'antenne d'ondes radio-

électriques 3 comme un angle sous le vent.

Ensuite, le bloc de traitement de

données 9 estime la vitesse du son à la hauteur y à par-

tir du cisaillement de vitesse du son s' et de la vites-

se du son mesurée so obtenue par le bloc de mesure de vitesse du son au sol 13. A ce moment, une fréquence

optimale pour laquelle la longueur d'onde radio-électri-

que et la longueur d'onde sonore sont dans le rapport 2: 1 à la hauteur y, est déterminée et réglée dans

l'émetteur d'onde sonore 2. Cette fréquence est.ampli-

fiée et transmise comme onde sonore à émettre par l'an-

tenne I vers le zénith. En même temps que se fait l'émis-

sion de l'onde sonore, l'angle d'élévation p de l'anten-

ne 3 émettant les impulsions d'onde radio-électrique, est balayé de manière à augmenter de façon continue à partir

d'environ 15 .

Lorsque le faisceau d'onde radio-

électrique devient orthogonal au front d'onde sonore mon-

tant, l'onde est réfléchie par le front d'onde sonore pour être reçue par l'antenne 3. Le signal réfléchi reçu

par l'antenne 3 est envoyé au récepteur 7 pour être com-

paré à une valeur prédéterminée. Lorsque l'intensité du

signal reçu dépasse la valeur prédéterminée, cette in-

tensité est identifiée comme une onde radio-électrique réfléchie par le front d'onde, de façon que le signal soit appliqué, par l'intermédiaire du détecteur Doppler

8, au bloc de traitement de données 9. L'angle d'éléva-

tion p de l'antenne 3 à ce moment et la fréquence Doppler Af de l'onde réfléchie, sont stockés dans le bloc de

traitement de données 9.

En même temps que l'onde réfléchie par le front d'onde sonore, le radar Doppler 12 reçoit

simultanément l'onde diffusée par la turbulence atmosphé-

rique. Cela veut dire que la fréquence Doppler Lf de l'onde réfléchie et la fréquence Doppler Af de l'onde s diffusée, pour l'angle d'azimut a et l'angle d'élévation

p de l'antenne, sont détectées simultanément pour la hau-

teur y.

A partir de ces fréquences Doppler Lf et Lfs, on calcule la fréquence Doppler précise

(Alfl + Afs) de la vitesse du son. A partir de cette fré-

quence Doppler de vitesse du son, la température atmos-

phérique à la hauteur y est calculée par l'équation (19).

X(Af + àf) T = {2 x 20,0403... (19) La répartition en hauteur de la température atmosphérique peut être obtenue en effectuant

l'opération décrite ci-dessus pour chacune des altitudes.

On décrira maintenant un procédé de mesure des répartitions en hauteur de la vitesse du vent et de la température atmosphérique à partir des seules

ondes radio-électriques réfléchies et reçues par l'an-

tenne 3.

Tout d'abord, les valeurs mesurées de la direction du vent et de la vitesse du vent vy, provenant du bloc de mesure de vitesse du vent au sol 10, sont envoyées au bloc de traitement de données 9 pour estimer la direction du vent à la hauteur y, et l'angle

d'azimut a de l'antenne 3 est réglé sous le vent. Ensui-

te, la vitesse du son mesurée so est envoyée du bloc de mesure de vitesse du son au sol 13, au bloc de traitement de données 9, et la fréquence optimale de l'onde sonore à émettre est déterminée à partir de la vitesse du son

s0 et de la vitesse de cisaillement s'. Le signal de sor-

tie du bloc de traitement de données 9 est ensuite appli-

qué à l'émetteur d'onde sonore pour émettre une onde

sonore à la fréquence optimale par l'antenne d'onde sono-

re 1. Des impulsions d'ondes radio-électriques sont alors émises par l'antenne 3, tandis que l'angle d'élévation p de l'antenne 3 est augmenté de façon continue Jusqu'à ce

qu'une onde réfléchie soit reçue par l'antenne 3.

Lorsque le récepteur 7 reçoit une

onde réfléchie d'intensité supérieure à une valeur pré-

déterminée, ce récepteur envoie un signal au bloc de traitement de données 9 pour régler l'angle d'élévation p de l'antenne 3, et la fréquence de l'onde sonore émise par le générateur d'onde sonore 11 est commandée à la moitié de la longueur d'onde radio-électrique, ce qui permet ainsi d'optimiser l'intensité de l'onde réfléchie reçue par l'antenne 3. Lorsqu'on obtient le maximum d'intensité reçue de l'onde réfléchie, l'angle d'azimut a de l'antenne 3 est balayé de façon permanente vers la

gauche et vers la droite avec une amplitude prédétermi-

née Ac pour mesurer la direction précise du vent. On détecte l'angle d'azimut a pour lequel la fréquence Doppler de l'onde réfléchie est maximum ou minimum, et

la direction du vent est déterminée.

Plus précisément, lorsque la direc-

tion du faisceau de l'antenne 3 est au vent et lorsque la différence entre le vecteur vent et la direction d'azimut de l'antenne est Auw, la vitesse du son est dans la direction du faisceau, tandis que la composante de la vitesse v du vent dans la direction du faisceau

est une quantité d'amplitude v cos p cos Acw dans la-

quelle p et Auw sont respectivement l'angle d'élévation w

de l'antenne et la différence d'angle d'azimut.

Ainsi, la vitesse du front d'onde sonore dans la direction du faisceau à la hauteur y s'exprime comme la différence entre la vitesse du son et

v cos p cos Law. Lorsque l'angle d'élévation de l'anten-

ne est fixé, la vitesse du front d'onde sonore est mini-

mum pour Aaw = o, c'est-à-dire, lorsque la direction du vent coincide avec la direction d'azimut. Lorsque la direction du faisceau de l'antenne est sous le vent, la

vitesse du front d'onde sonore dans la direction du fais-

ceau est la somme de la vitesse du son et de v. cos P. cos aw, et passe par un maximum lorsque

A w = 0.

On détermine de la manière ci-dessus l'angle d'azimut a et l'angle d'élévation p de l'antenne 3 à la hauteur y. La vitesse du front d'onde sonore est calculée à partir de la fréquence Doppler Af avec l'angle d'azimut a et l'angle d'élévation < de l'antenne; et la direction du vent est déterminée à partir de l'angle

d'azimut a.

On décrira maintenant la mesure de la vitesse du vent et de la vitesse du son à la hauteur y1- L'angle d'azimut al de l'antenne 3 est réglé de façon que l'antenne soit sous le vent, et les impulsions d'ondes radioélectriques sont émises tout en augmentant l'angle d'élévation de l'antenne 3, Jusqu'à ce qu'on obtienne

une onde réfléchie par un front d'onde sonore à la hau-

teur y1. Quand une onde radio-électrique réfléchie d'in-

tensité prédéterminée est obtenue, l'angle d'élévation (1 de l'antenne 3 et la fréquence Doppler Afl de l'onde

réfléchie à ce moment, sont mesurés et mis en mémoire.

L'angle d'azimut de l'antenne est alors réglé à a1 + 180 et l'angle d'élévation est balayé Jusqu'à ce qu'une onde

réfléchie à la même hauteur Y2 soit reçu par l'antenne 3.

L'angle d'élévation p2 de l'antenne 3 et la fréquence Doppler de l'onde réfléchie sont mesurés lorsque cette

onde réfléchie est reçue.

Lorsqu'on obtient les fréquences Doppler Afl et Af2 et les angles d'élévation q1 et 2 correspondant à la même hauteur, la vitesse du son et la

vitesse du vent sont calculées avec précision en utili-

sant les équations (14) et (15).

L'opération ci-dessus est effectuée

de manière répétitive en augmentant la hauteur d'un in-

tervalle by pour obtenir les répartitions en hauteur de la température atmosphérique, de la direction du vent et

de la vitesse du vent.

On décrira maintenant un procédé de mesure des répartitions en hauteur de la température atmosphérique, de la direction du vent et de la vitesse du vent, par utilisation d'un point de réflexion unique,

lorsque la vitese du vent au sol est faible.

On mesure la direction du vent de

la même manière que dans le procédé ci-dessus, en utili-

sant deux points de réflexion de l'onde situés à la même

altitude, et l'on mesure également en même temps la fré-

quence Doppler AfI des ondes réfléchies et l'angle d'élé- vation t de l'antenne d'ondes radio-électriques. La vitesse du vent au sol vo et la vitesse du son au sol so sont mesurées respectivement par le bloc de mesure de vitesse du vent au sol 10 et par le bloc de mesure de

vitesse du son au sol 13.

Les fonctions v'y et s'y à l'alti-

tude y sont tout d'abord déterminées à partir des équa-

tions (16') et (17'), puis la vitesse du vent v est dé-

terminée à partir de l'équation (3) et la température

T est déterminée à partir des équations (4) et (18).

La même opération que celle décrite

ci-dessus est répétée en augmentant l'altitude de mesure.

Cela permet ainsi d'obtenir les répartitions en hauteur

de la température atmosphérique et de la vitesse du vent.

On décrira maintenant un exemple de formation des répartitions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent par le système

selon l'invention.

Le générateur d'onde sonore et le radar Doppler à impulsions présentaient respectivement les spécifications indiquées dans les Tableaux 1 et 2 cidessous.

Tableau 1

Fréquence d'émission: 70 à 120 Hz Puissance émise: 200 W (puissance de sortie de l'onde sonore) Largeur d'impulsion: 0,5 à 1 sec Période de répétition des impulsions: 8 à 16 impulsions

pour 15 à 31 sec.

Largeur du faisceau d'antenne: 90 .

Tableau 2:

Fréquence d'émission: 46,5 MHz Largeur de bande: 1,65 MHz Puissance émise 1 MW Durée d'une sous-impulsion: 2 ?sec Période de répétition des impulsions: 400,sec Largeur de faisceau de l'antenne: 3,6 Gain de l'antenne: 33 dB

Longueur de cohérence: 4 fois.

L'antenne du radar Doppler était constituée par un réseau d'antennes en phase comprenant

un réseau circulaire de 475 antennes Vagi à grand diamè-

tre d'ouverture de 100 m. Cette antenne présentait une direction précise de 3,6 et sa direction de faisceau pouvait être balayée rapidement et facilement dans une plage d'angles de zénith de + 30 et dans une plage d'angles d'azimut de 0 à 360 , par une commande de phase

du signal émis.

Le récepteur du radar Doppler com-

prenait un bloc de transformation de Fourier rapide (TFR) destiné à analyser un signal Doppler à grande vitesse et

permettant de former les répartitions en hauteur des vi-

tesses des corps de diffusion et de réflexion.

L'angle d'azimut de l'antenne était

réglé à 0 et 90 , et les impulsions d'ondes radio-

électriques à une fréquence de 46,5 MHz étaient émises avec une durée d'impulsion de 2,jsec et à intervalles de 400 /sec, pour mesurer les répartitions en hauteur de

la direction et de la vitesse du vent à partir de la tur-

bulence atmosphérique. Suivant la valeur de direction du vent obtenue, l'antenne d'onde sonore était disposée du coté au vent de l'antenne radar et sur une ligne droite

dirigée dans la direction du vent.

Comme antenne d'onde sonore, on utilisait un cornet hyperbolique de 2,5 m de longueur, 0,7 m de diamètre d'ouverture et 70 Hz de fréquence de coupure. Dans le bloc de traitement de données, la zone de réflexion de l'onde radio-électrique était déterminée en utilisant la répartition en hauteur obtenue de la vitesse du vent, un diamètre d'ouverture d'antenne de

m, une distance entre antennes de 181 m, et la répar-

tition en hauteur antérieure de la température atmosphé-

rique.

La figure 7(a) représente une répar-

tition en hauteur de la vitesse du vent obtenue dans les directions est et ouest. La figure 7(b) représente une répartition en hauteur de la vitesse du vent dans les directions sud et nord. La figure 8 représente une zone de réflexion des ondes radio-électriques déterminée par

le bloc de traitement de données en utilisant la réparti-

tion en hauteur de vitesse du vent représentée sur les

figures 7(a) et 7(b), et celle de la température atmos-

phérique. Ensuite, une zone de réflexion des ondes radio-électriques dans une plage de hauteurs voulue de 8.000 à 12.000 m a été déterminée en utilisant la

figure 8 avec des angles d'azimut et d'élévation de l'an-

tenne radar de 295 et 98 . En même temps, la vitesse

d'une surface de réflexion dans la plage de hauteurs in-

diquée ci-dessus, a été déterminée à partir des réparti-

tions en hauteur de la température atmosphérique et de la vitesse du vent, et la fréquence de l'onde sonore émise par le générateur d'onde sonore a été réglée entre

88 et 90 Hz, suivant la vitesse de la surface réfléchis-

sante et la longueur d'onde radio-électrique. On a uti-

lisé comme émetteur du générateur d'onde acoustique, un générateur acoustique pneumatique. Une pression de sortie

d'onde sonore atteignant 130 à 150 phonons a été produi-

te, et la puissance sonore produite par l'émetteur a été émise dans l'atmosphère par un cornet hyperbolique en faisant varier la fréquence dans la plage de 88 à 90 Hz

suivant la hauteur.

L'angle d'élévation de l'antenne radar a été balayé dans la direction croissante à partir de 800 à un rythme de 2 /400 P sec et des impulsions d'ondes radio-électriques de 2,jsec de durée d'impulsion, de 300 m de résolution en distance et de 400 Psec de période de répétition, ont été émises par l'antenne, lorsque l'onde sonore a atteint la plage de hauteurs

correspondant à la mesure. Le signal d'onde radio-

électrique réfléchi reçu par l'antenne a été détecté pour subir une conversion analogique-numérique dans un intervalle de hauteurs. Le signal de sortie de conversion a été appliqué sous la forme d'une série d'échantillons

temporels provenant de la même hauteur pour chaque impul-

sion, au bloc de TFR pour effectuer la transformation de Fourier rapide avec une résolution de fréquence de 0,2 Hz de manière à détecter la fréquence Doppler transformée

en vitesse du front d'onde sonore.

Après la mesure de la vitesse du

front d'onde sonore pour chacune des altitudes, l'affi-

chage du contour du spectre de puissance dont l'axe latéral était gradué en vitesses du front d'onde sonore et dont l'axe vertical était gradué en altitudes, a été fourni par un terminal d'imprimante. La figure 9 est un graphique représentant un exemple d'affichage de sortie

du contour du spectre de puissance.

La vitesse du front d'onde sonore

et l'altitude en un point o la puissance des ondes ré-

fléchies reçues est maximum, ont été lues toutes deux à partir des données affichées du contour du spectre de puissance. La composante de vitesse du vent a été tirée de la vitesse du front d'onde sonore en utilisant la vitesse du vent mesurée par le radar Doppler à impulsions pour obtenir la vitesse du son. La vitesse du son a été déterminée en termes de température pour obtenir une

répartition en hauteur de la température atmosphérique.

En répétant l'opération ci-dessus, on a obtenu une répartition en hauteur des températures troposphériques aux températures strotosphériques, dont

un exemple est représenté sur les figures 10(a) et 10(b).

La figure 10(a) est un graphique représentant un affi-

chage de sortie synthétisé du contour du spectre de puissance mesuré. Dans ce graphique, l'axe vertical est

gradué en altitudes et l'axe latéral est gradué en vites-

ses du front d'onde sonore correspondant aux fréquences Doppler. La figure 10(b) est un graphique représentant

un exemple de répartition en hauteur mesurée de la tem-

pérature, dans lequel les cercles creux représentent les températures mesurées par le système selon l'invention,

et les cercles pleins représentent les températures mesu-

rées par une sonde radio-électrique. Comme cela apparaît

clairement sur les figures 10(a) et 10(b), les tempéra-

tures mesurées par le système selon l'invention sont en bonne coincidence avec les températures mesurées par la

sonde radio-électrique.

Le Tableau 3 représente les résul-

tats de la détermination de la vitesse du vent à partir de deux ondes radio-électriques réfléchies à une hauteur de 6 500 m avec des angles d'élévation de 110 et 120 , par balayage de l'angle d'élévation de l'antenne dans le même plan que celui de la direction du vent. Le Tableau 4 représente les résultats de la détermination de la

vitesse du vent à partir d'une seule onde radio-électri-

que réfléchie. Dans ces tableaux, les valeurs observées sont les valeurs de vitesse du vent réellement mesurées par le radar Doppler. On pourra constater d'après les tableaux que les deux valeurs de vitesse du vent sont proches l'une de l'autre, ce qui permet de vérifier que le système de mesure selon l'invention est un système précis. Supplémentaire de l'angle d'élévation (o) Vitesse du point de réflexion (m/sec.) Av Av Vitesse du vent (m/sec.) Valeurs calculées Valeurs observées

6,5 110 120 302,6 298,6 25,7 26,5

Supplémentaire de l'angle d'élévation (o) Vitesse du point de réflexion (m/sec.) Vitesse du vent (m/sec.) Valeurs calculées Valeurs observées

6,0 120 302,1 25,5 27,6

6,5 120 298,6 27,826,5

298 6I]__ __ 7 __ __

Tableau 3

Hauteur (Km)

Tableau 4

Hauteur (Km) rt N U1 Lu Un

Comme décrit ci-dessus, il est pos-

sible selon l'invention d'obtenir des mesures de la di-

rection et de la vitesse du vent comme la mesure de la

température atmosphérique, et d'étendre la plage de hau-

teurs Jusqu'à environ 20 km sans être influencé par les vents, à l'inverse des mesures effectuées par le SSRA

selon l'art antérieur.

Le système selon l'invention permet de former des répartitions en hauteur de la température atmosphérique, de la direction du vent et de la vitesse

du vent, entre autres éléments météorologiques, ce sys-

tème restant très bon marché comparativement à un système de relevé de profil constitué par la combinaison d'un radar et d'un radiomètre. En outre, les températures atmosphériques à des hauteurs supérieures à plusieurs kilomètres peuvent être mesurées avec une plus grande

précision. De plus, à l'inverse des sondes radio-électri-

ques très largement utilisées, une observation automati-

que et continue est possible.

Grâce aux avantages ci-dessus, l'invention peut être utilisée pour les observations

d'éléments météorologiques limités ou pour des observa-

tions météorologiques supplémentaires, telles qu'en particulier les observations météorologiques d'aéroports, la surveillance de la pollution de l'atmosphère, et les

observations complémentaires dans le temps et dans l'es-

pace des observations par sondes radio-électriques en

haute altitude.

Claims

REVENDICATIONS

1 ) Système pour mesurer les répar-

titions en hauteur de la température atmosphérique, de la direction du vent et de la vitesse du vent, système caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déter- miner les répartitions en hauteur de la direction du vent et de la vitesse du vent dans une plage de hauteurs

de mesure, à partir des fréquences Doppler d'ondes dif-

fusées par émission d'une onde radio-électrique dans l'atmosphère; des moyens pour déterminer une zone de réflexion dans un intervalle de hauteur de la plage de hauteurs de mesure à partir des répartitions en hauteur obtenues de la direction du vent et de la vitesse du vent; des moyens pour émettre des impulsions d'ondes radio-électriques vers la zone de réflexion au moyen d'une antenne d'ondes radio-électriques, par réglage de l'angle d'azimut de cette antenne; des moyens pour

déterminer la vitesse du son dans un intervalle de hau-

teur de la plage de hauteurs de mesure à partir d'une valeur provenant d'un bloc de mesure (10) de vitesse du son placé au sol; des moyens (11) de production d'onde

sonore pour déterminer une onde sonore de fréquence opti-

male dans un intervalle de hauteur, et pour émettre les ondes sonores successivement déterminées; des moyens pour balayer de façon continue l'angle d'élévation de l'antenne d'ondes radio-électriques; des moyens pour recevoir une onde réfléchie lorsque le faisceau d'ondes radioélectriques émis devient orthogonal à un front

d'onde sonore; des moyens pour détecter l'angle d'élé-

vation de l'antenne et la fréquence Doppler d'une onde réfléchie lorsque cette onde réfléchie est reçue; et des moyens pour obtenir une fréquence Doppler de la vitesse du son à partir de la fréquence Doppler de l'onde diffusée et de la fréquence Doppler de l'onde réfléchie, de manière à déterminer ainsi la température atmosphérique.

2 ) Système selon la revendication

1 pour mesurer les répartitions en hauteur de la tempéra-

ture atmosphérique, de la direction du vent et de la vitesse du vent, système caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déterminer la direction du vent dans une plage de hauteurs de mesure à partir d'une valeur mesurée par un bloc de mesure (13) de direction du vent au sol;

des moyens pour émettre des impulsions d'ondes radio-

électriques pour déterminer l'angle d'azimut d'une onde radio-électrique par rapport à la direction du vent; des moyens pour déterminer la vitesse du son dans un intervalle de hauteur d'une plage de hauteurs de mesure à partir d'une valeur mesurée par un bloc de mesure (10) de vitesse du son au sol; des moyens (11) de production

d'onde sonore pour déterminer une onde sonore de fréquen-

ce optimale dans un intervalle de hauteur, et pour émet-

tre les ondes sonores successivement déterminées; des moyens pour recevoir-une onde radio-électrique réfléchie orthogonalement après émission, par balayage continu de

l'angle d'élévation de l'antenne; des moyens pour stop-

per le balayage de l'angle d'élévation de l'antenne à la réception d'une onde radio-électrique, et pour commander ensuite la fréquence de l'onde sonore émise de manière à obtenir une intensité maximum de l'onde réfléchie reçue; des moyens pour déterminer la fréquence Doppler et la direction du vent en détectant les fréquences Doppler maximum et minimum par balayage de l'angle d'azimut de l'antenne d'ondes radio-électriques; des moyens pour déterminer la vitesse du vent et la vitesse du son dans une plage de hauteurs de mesure à partir des fréquences Doppler relatives à deux points différents situés à la même hauteur et dans une zone dans laquelle les vents soufflent dans la même direction, et à partir de l'angle d'élévation de l'antenne; et des moyens pour déterminer la température atmosphérique à partir de la

vitesse du son.

3 ) Système selon la revendication

1 pour mesurer les répartitions en hauteur de la tempéra-

ture atmosphérique, de la direction du vent et de la vitesse du vent, système caractérisé en ce qu'il comprend des moyens pour déterminer la direction du vent dans une plage de hauteurs de mesure à partir d'une valeur mesurée par un bloc (13) de mesure de direction du vent au sol;

des moyens pour émettre des impulsions d'ondes radio-

électriques par détermination de l'angle d'azimut d'une onde radioélectrique par rapport à la direction du vent; des moyens pour déterminer la vitesse du son dans un intervalle de hauteur d'une plage de hauteurs de mesure à partir d'une valeur mesurée par un bloc (10) de mesure de vitesse du son au sol; des moyens de production d'une onde sonore pour déterminer une onde sonore de fréquence optimale dans un intervalle de hauteur, et pour émettre les ondes sonores successivement déterminées; des moyens

pour recevoir une onde radio-électrique réfléchie ortho-

gonalement après émission, par balayage continu de l'an-

gle d'élévation de l'antenne; des moyens pour stopper

le balayage de l'angle d'élévation de l'antenne à la-

réception d'une onde radio-électrique, et pour commander ensuite la fréquence de l'onde sonore émise de manière à obtenir une intensité maximum de l'onde réfléchie reçue; des moyens pour déterminer la fréquence Doppler et la direction du vent en détectant les fréquences Doppler maximum et minimum par balayage de l'angle d'azimut de l'antenne d'ondes radio-électriques; des moyens pour déterminer la vitesse du vent et la vitesse du son dans une plage de hauteurs de mesure à partir des fréquences Doppler relatives à un point situé à une hauteur donnée, et à partir de l'angle d'élévation de l'antenne; et des moyens pour déterminer une vitesse du vent et une vitesse du son sur la base de la fréquence Doppler, de l'angle

d'élévation mesuré de l'antenne, et des valeurs prove-

nant du bloc de mesure de vitesse du vent au sol et du bloc de mesure de vitesse du son au sol; et des moyens pour déterminer la température atmosphérique à partir de la vitesse du son.