RU1780071C - Способ определени влажности воздуха радиоакустическим зондированием атмосферы - Google Patents

Abstract

Изобретение ртноситс  к радиометеорологии и может быть использовано при составлении радиоклиматических карт и вработах по контролю загр знени  атмосферы. Цель изобретени  - повышение точности определени  влажности воздуха при зондировании в услови х турбулентности и наличи  ветра в атмосфере. Способ отличаетс  тем. что одновременно с основным из- лучают дополнительный акустический импульс, принимают отраженный от него электромагнитный сигнал и измер ют его мощность, раздельно принимают отраженные от температурных и ветровых неодно- родностей акустические сигналы, измер ют их мощности и доплеровский сдвиг частоты акустического сигнала, отраженного от температурных неоднородностей. и с учетом реальных турбулентного ослаблени  энергии звуковых волн и радиуса поперечной когерентности фазового фронта звуковых волн вычисл ют коэффициент молекул рного поглощени  звука, который используют при определении влажности воздуха. 1 ил.Изобретение относитс  к радиометеорологии и может быть использовано при составлении радиоклиматических карт и в работах по контролю загр знени  атмосферы.Известен способ измерени  влажности, основанный на расчете разности коэффициентов ослаблени  звуковых волн двух частот, проводимого по данным измерени  принимаемой мощности радиолокационных сигналов на двух частотах.Недостатком этого способа  вл етс  низка  точность измерени  влажности воздуха, обусловленна  наличием частотныхзависимостей коэффициента турбулентного ослаблени  звука и радиуса поперечной когерентности фазы волнового фронта акустического импульса.Наиболее близким по технической сущности к за вленному  вл етс  способ радиоакустического зондировани  дл  определени  влажности воздуха по значению коэффициента ослаблени  звука, вычисленномупоогибающей электромагнитного эхо-сигнала.Недостатком этого способа  вл етс  низка  точность определени  влажности воздуха, поскольку мощность отраженного^00о о•vj

Description

электромагнитного сигнала зависит не только от молекул рного ослаблени  звука, определ емого наличием вод ного пара а атмосфере, но и от скорости ветра и турбулентности атмосферы.

Целью изобретени   вл етс  повышение точности определени  влажности воздуха при зондировани  п услови х турбулентности и наличи  ветра в атмосфере .

Поставленна  цель достигаетс  тем, что одновременно с основным излучают дополнительный акустический импульс, принимают радиосигнал, отраженный от дополнительного акустического импульса, и измер ют его мощность, принимают отраженный от температурных неоднородностей атмосферы суммарный (основной и дополнительный) акустический сигнал, определ ют мощность и доплеровский сдвиг частоты этого сигнала, принимают отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы суммарный акустический сигнал и измер ют его мощность, определение коэффициента ослаблени  ведут с учетом мощностей радиосигналов, отраженных от основного и дополнительного акустических импульсов, и мощностей суммарных акустических сигналов, отраженных от температурных и ветровых неодуородностей атмосферы, а частоту доплеровского сдвига суммарного акустического эхо-сигнала используют при определении температуры воздуха. При этом точку излучени  дополнительного акустического импульса вынос т навстречу ветру на рассто ние 0.5-5 м от, точки излучени  основного акустического импульса, суммарный акустический сигнал, отраженный от температурных неоднородностей атмосферы, принимают в точке излучени  основного акустического импульса, а суммарный акустический сигнал, отраженный от ветровых иеоднородностей атмосферы , принимают в точке, вынесенной навстречу ветру по линии, проход щей через точки излучени  акустических импульсов , в направлении на трассу зондировани  под углом 45° к горизонту.

На чертеже представлена структурна  схема устройства дл  реализации данного способа.

Устройство содержит доплеровский оадиолокатор 1 с передающей 2 и приемной 3 антеннами, доплеровский содар 4 с антенным переключателем 5, приемно-передающей 6. передающей 7 и приемными 8 антеннами, блок 9 формировани  импульсов , блок 10 измерени  параметров радиосигналов , блок 11 измерени  параметров

акустических сигналов, ЭВМ 12 и регистратор 13.

Работа по данному способу происходит следующим образом.

Размещают передающую 2 и приемную

3 радиоантенны так. чтобы направление ветра было перпендикул рно к линии О О , соедин ющей эти антенны. От середины данной линии вынос т вдоль ли0 ими 00 приемно-передающую антенну 6(иа 0,15-5 м), передающую антенну 7 (на 0,5-5 м) и приемную антенну 8 доплеровского содарз 4. При этом приемную антенну 8 вынос т на рассто ние, при котором направление приема акустического эхо-сигнала, отраженио го от зондируемого сло , составл ет угол 45°. отсчитываемый от горизонтали,

С помощью приемно-передающей 6 и передающей 7 антенн одновременно вертикально вверх по сигналам блока формировани  импульсов, генерируемых по командам ЭВМ, излучают два акустических импульса П1 и П2 с синусоидальным запол};ением и одинаковыми энергетическими характери5 стиками. а при помощи передающей антенны 2 доплеровского радиолокатора излучают электромагнитный сигнал сдли тной волны, в два раза большей длины волны синусоидального заполнени  акустических

0 импульсов.

Распростран  сь одновременно и в одинаковых услови х, оба акустических импульса подвергаютс  одинаковому воздействию со стороны атмосферы. Под

5 действием ветра акустические импульсы последовательно пересекут совмещенные диаграммы направленности (ось О О на чертеже) передающей 2 и приемной 3 радиоантенн сначала импульс, излученный ан0 тениой 6. затем импульс, излученный антенной 7. причем высота пересечени  оси О О первым импульсом определ ет нижнюю границу зондируемого слол. а высота пересечени  той же оси вторым импульсом - его верхнюю границу. В момент пересечени  оси О О акустические импульсы облучаютс  электромагнитными волнами, которые частично отражаютс  от них и принимаютс  антенной 3, В блоке 10

0 измерени  параметров радиосигналов производитс  измерение мощностей радиосигналов , доплеровского сдвига частоты первого радиосигнала и интервала времени между по влением отраженных радиосигналов и полученные данные занос тс  в пам ть ЭВМ.

Дл  получени  характеристик турбулентности с целью учета ее вли ни  на коэффициент ослаблени  звука с помощью антенны 6 принимают суммарный акустический сигнал , отраженный от температурных неоднородностей атмосферы, а при помощи антенны 8 - акустический сигнал, отраженный от ветровых неоднородностей. Через антенный коммутатор 5 акустические эхо-сигналы поступают на приемник доплеровского содара , где усиливаютс , а затем подаютс  на вход измерител  11 параметров акустических сигналов, в котором производитс  измерение мощностей акустических эхо-сигналов и доплеровского сдвига частоты акустич еского сигнала, отраженного от температурных неоднородностей, и эти данные занос тс  в пам ть ЭВМ.

После этого ЭВМ переводитс  в режим расчета коэффициента ослаблени  звука и температуры воздуха в зондируемом слое. По значению доплеровского сдвига частоты радиолокационного эхо-сигнала и измеренного интервала времени вычисл етс  толщина зондируемого сло , котора  нар ду со значени ми мощности акустических сигналов используетс  дл  восстановлени  убывающей экспоненты, показатель которой равен коэффициенту ослаблени  звука, не завис щему от скорости ветра. Значени  мощностей акустических эхо-сигналов и данные о технических параметрах доплеровского содара 4 используютс  дл  расчета структурных посто нных пульсаций температуры воздуха и скорости ветра, необходимых дл  вычислени  коэффициентов турбулентного ослаблени  звука и уменьшени  мощности электромагнитного эхо-сигнала за счет укорочени  радиуса поперечной когерентности фазового фронта звуковых волн. Рассчитанный коэффициент ослаблени  звука корректируетс  с использованием коэффициентов турбулентного ослаблени  звука и уменьшени  мощности электромагнитного эхо-сигнала, после чего коэффициент ослаблени  звука соответствует коэффициенту молекул рного ослаблени  звука.

По значению доплеровского сдвига частоты электромагнитного эхо-сигнала рассчитываетс  температура воздуха, а по значению доплеровского сдвига частоты акустического эхо-сигнала - вертикальна  компонента скорости ветра, котора  используетс  дл  расчета поправки при определении температуры воздуха.

Вычисленные значени  коэффициента ослаблени  звука и температуры воздуха вывод тс  на цифропечатающее устройство 13 и используютс  дл  определени  искомого значени  влажности воздуха.

Значени  структурных посто нных пульсаций температуры воздуха и скорости

ветра корректируютс  с помощью калибровочных коэффициентов вида Кп {Сп-СпУ(Сп-Сп),

где (СпСп) - структурна  посто нна  пуль5 саций метеовеличины, вычисленна  по мощности суммарного акустического эхосигнала:

(Сп Сп) - то же, вычисленное по мощности , прин той от одного акустического им0 пульса;

п - вид метеовеличины (температура или скорость).

Профиль влажности можно получить, использу  большее число точек излучени  5 акустических импульсов, например 3-10.

Изобретение позвол ет одновременно измер ть скорость ветра в зондируемом слое по выражению

V r/dt,

0 где г - рассто ние между точками излучени  акустических импульсов:

dt- измеренный временной интервал.

Claims (1)

1. Формула изобретени 

   5 Способ определени  влажности воздуха радиоакустическим зондированием атмосферы путем излучени  вертикально вверх в атмосферу акустического импульса с синусоидальным заполнением, облучени 

   0 распростран ющегос  акустического импульса электромагнитным сигналом, длина волны которого вдвое больше длины волны акустического импульса, приема отраженного от акустического импульса злектромаг5 нитного сигнала и измерени  его мощности и частоты доплеровского сдвига, определени  температуры воздуха и коэффициента ослаблени  звука и определени  влажности по значени м температуры и коэффициента

   0 ослаблени  звука, отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности определени  влажности при зондировании в услови х турбулентности и наличи  ветра в атмосфере, одновременно с основным излу5 чают дополнительный акустический импульс , принимают электромагнитный сигнал, отраженный от дополнительного акустического импульса, и измер ют его мощность, принимают отраженный от температурных неоднородностей атмосферы суммарный {основной и дополнительный) акустический сигнал,и измер ют его мощность и доплеровский сдвиг частоты, принимают отраженный от ветровых

   5 неоднородностей атмосферы суммарный акустический эхо-сигнал и измер ют его мощность, причем определение коэффициента ослаблени  звука ведут с учетом мощностей электромагнитных сигналов,

   отраженных от основного и дополнительного акустических импульсов, и мощностей суммарных акустических эхо-сигналов, отраженных от температурных и ветровых неоднородностей атмосферы, а частоту доплеровского сдвига суммарного акустического сигнала используют при определении температуры воздуха, причем точку излучени  дополнительного акустического импульсы вынос т навстречу ветру на рассто ние 0,5- м от точки излучени  ос8

   новного акустического импульса, суммарный акустический сигнал, отраженный от температурных неоднородностей атмосферы , принимают в точке излучени  основного акустического импульса, а суммарный акустический сигнал, отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы, принимают в точке, вынесенной навстречу ветру по линии проход щей через точки излучени  акустических импульсов, в направлении на трассу зондировани  под углом 45° к горизонту. 5