RU2468387C1 - Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift - Google Patents
Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift Download PDFInfo
- Publication number
- RU2468387C1 RU2468387C1 RU2011118424/07A RU2011118424A RU2468387C1 RU 2468387 C1 RU2468387 C1 RU 2468387C1 RU 2011118424/07 A RU2011118424/07 A RU 2011118424/07A RU 2011118424 A RU2011118424 A RU 2011118424A RU 2468387 C1 RU2468387 C1 RU 2468387C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- correlation function
- derivative
- wind
- mutual correlation
- output
- Prior art date
Links
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемый измеритель относится к радиолокационной метеорологии и может быть использован в гидрометеорологических прогностических или оперативных системах для обнаружения зон сдвига ветра и связанных с ним опасных явлений погоды.The proposed meter relates to radar meteorology and can be used in hydrometeorological forecasting or operational systems to detect wind shear zones and related dangerous weather phenomena.
В настоящее время известно, что причиной многих чрезвычайных ситуаций, связанных с штормовыми атмосферными процессами и приводящих к происшествиям в различных сферах производственной деятельности на суше, на море и в воздушном пространстве, и особенно связанных с проведением воздушными судами (ВС) взлета/посадки как на сухопутных аэродромах, так и на посадочных площадках кораблей и морских платформ, является сдвиг ветра (СВ) - это атмосферное явление, при котором вектор скорости ветра претерпевает существенные изменения по величине и направлению в малых и средних пространственных масштабах. Пространственный масштаб СВ составляет примерно 1-4 км, временная длительность 5-15 мин.It is now known that the cause of many emergencies associated with atmospheric storm processes and leading to incidents in various areas of industrial activity on land, at sea and in airspace, and especially related to aircraft taking off / landing as on land airports, and on the landing sites of ships and offshore platforms, is the wind shear (NE) - this is an atmospheric phenomenon in which the wind speed vector undergoes significant changes in magnitude and systematic way in small and medium spatial scales. The spatial scale of NE is approximately 1–4 km, and the time duration is 5–15 min.
Наиболее опасным для авиации считается разновидность СВ, получившая в научно-технической литературе название микровзрыв (англ. microburst).The most dangerous type of aircraft for aviation is the SV type, which was called microburst in the scientific and technical literature.
Микровзрыв - это мощный вертикальный порыв влажного холодного воздуха, направленный к поверхности Земли, который порождает значительные флюктуации вектора скорости ветра при своем взаимодействии с поверхностью. Чрезвычайная опасность этого явления для ВС, совершающих взлет или посадку, заключается в том, что при попадании в зону микровзрыва экипаж вынужден изменять силу тяги двигателей и угол атаки крыльев ВС вблизи земной поверхности в условиях быстрого изменения ветрового поля. В силу значительной инерционности системы управления ВС это может привести к столкновению с Землей.A microexplosion is a powerful vertical rush of humid cold air directed toward the Earth’s surface, which generates significant fluctuations in the wind velocity vector when it interacts with the surface. The extreme danger of this phenomenon for aircraft taking off or landing is that when they get into the microexplosion zone, the crew is forced to change the thrust of the engines and the angle of attack of the wings of the aircraft near the earth's surface under conditions of a rapid change in the wind field. Due to the significant inertia of the aircraft control system, this can lead to a collision with the Earth.
Опасность СВ оценивается в настоящее время с помощью F-фактора, который представляет собой безразмерный параметр, связанный со скоростью изменения высоты полета ВС в условиях сдвига ветра:The hazard of NE is currently assessed using the F-factor, which is a dimensionless parameter related to the rate of change of aircraft altitude in conditions of wind shear:
где wh, 
wv - вертикальная составляющая вектора скорости ветра;w v is the vertical component of the wind speed vector;
g - ускорение свободного падения;g is the acceleration of gravity;
v - скорость ВС.v is the speed of the aircraft.
Отрицательные значения F-фактора соответствуют улучшению условий полета, положительные - их ухудшению. Значение F≥0,13 сигнализирует о потенциально опасной ситуации СВ.Negative values of the F-factor correspond to the improvement of flight conditions, positive - to their deterioration. The value F≥0.13 signals a potentially dangerous situation CB.
Как следует из (1), оценка F-фактора требует знания полного вектора скорости ветра.As follows from (1), the estimation of the F-factor requires knowledge of the total wind velocity vector.
Существующие в настоящее время когерентные метеорологические радиолокаторы (MPЛ) способны измерять проекцию полного вектора скорости ветра в наблюдаемом разрешаемом объеме на направление визирования (линию, соединяющую фазовый центр антенны МРЛ и центр разрешаемого объема). Это связано с тем, что для измерения скорости ветра используется оценка доплеровского смещения частоты принимаемого сигнала:The currently existing coherent meteorological radars (MPL) are capable of measuring the projection of the total wind velocity vector in the observed resolvable volume on the direction of sight (the line connecting the phase center of the MPL antenna and the center of the resolvable volume). This is due to the fact that the Doppler frequency offset of the received signal is used to measure wind speed:
где vR - скорость сближения МРЛ (доплеровская скорость) и метеочастиц (гидрометеоров) в разрешаемом объеме;where v R is the speed of approach of the XRD (Doppler speed) and meteoric particles (hydrometeors) in the resolved volume;
λ - рабочая длина волны МРЛ.λ is the operating wavelength of the SRL.
В силу того что вертикальная составляющая скорости ветра wv направлена практически перпендикулярно линии визирования для МРЛ, находящегося на значительном удалении от наблюдаемого разрешаемого объема, в обычном МРЛ невозможно ее измерить. Сказанное относится (правда, в меньшей степени) и к измерениям горизонтальной составляющей скорости ветра wH, поскольку направление движения воздуха в разрешаемом объеме может быть любым, и в общем случае wH≠vR.Due to the fact that the vertical component of the wind speed w v is directed almost perpendicular to the line of sight for the SXR, located at a considerable distance from the observed resolvable volume, it is impossible to measure it in a conventional SXR. The aforesaid applies (although to a lesser extent) to measurements of the horizontal component of the wind speed w H , since the direction of air movement in the allowed volume can be any, and in the general case w H ≠ v R.
Для того чтобы иметь возможность вычислить F-фактор при отсутствии информации о вертикальной скорости ветра, в настоящее время используются различные теоретические модели СВ и микровзрыва, которые позволяют по измерениям скорости сближения vR рассчитать wV и wH. Устройства, основанные на подобных моделях, не могут считаться достаточно точными, поскольку СВ представляет собой чрезвычайно сложное физическое явление, которому присуща большая степень априорной неопределенности.In order to be able to calculate the F factor in the absence of information about the vertical wind speed, various theoretical models of SW and microexplosion are currently used, which allow us to calculate w V and w H from measurements of the approach velocity v R. Devices based on such models cannot be considered sufficiently accurate, since SW is an extremely complex physical phenomenon, which is characterized by a large degree of a priori uncertainty.
Разработанные математические модели являются либо очень сложными для их реализации в МРЛ в условиях ограничений на доступные вычислительные и временные ресурсы, либо основаны на упрощенных предположениях о характере движения воздушных масс и их взаимодействии с поверхностью Земли (например, на гипотезе о несжимаемости воздуха, пространственной симметричности растекания воздуха по поверхности и т.п.).The developed mathematical models are either very complex for their implementation in the SID under conditions of limitations on available computational and temporal resources, or based on simplified assumptions about the nature of the movement of air masses and their interaction with the Earth's surface (for example, the hypothesis of incompressibility of air, the spatial symmetry of spreading air over the surface, etc.).
Известны устройства для измерения вертикальной составляющей скорости ветра (авт.свид. СССР №851.312, 1.296.947, 1.689.899, 1.789.931; патенты РФ №2.032.148, 2.400.769; патенты США №4.043.194, 5,130.712, 5.808.741; патент Великобритании 2.094.006 и другие).Known devices for measuring the vertical component of wind speed (ed. Certificate of the USSR No. 851.312, 1.296.947, 1.689.899, 1.789.931; RF patents No. 2.032.148, 2.400.769; US patents No. 4.043.194, 5.130.712, 5.808 .741; UK patent 2.094.006 and others).
Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является «Измеритель вертикальной составляющей скорости ветра для обнаружения сдвига ветра» (патент РФ №2.400.769, G01S 13/95, 2008), который и выбран в качестве прототипа.Of the known devices, the closest to the proposed one is a "Measuring instrument of the vertical component of wind speed for detecting wind shear" (RF patent No. 2,400.769, G01S 13/95, 2008), which is selected as a prototype.
Известный измеритель содержит передатчик, первый и второй приемники, циркулятор, первую и вторую антенны с общим приводом, цифровой сигнальный процессор, предназначенный для вычисления вертикальной составляющей скорости ветра, датчик углового положения антенн, вычислитель взаимной корреляционной функции, определитель положения максимума взаимной корреляционной функции, делитель мощности и дополнительный циркулятор, определенным образом соединенные между собой. Достигаемым техническим результатом известного измерителя является повышения точности измерения составляющих полного вектора скорости ветра в когерентном метеорологическом радиолокаторе и повышения качества обнаружения в атмосфере зон сдвига ветра.The known meter comprises a transmitter, first and second receivers, a circulator, first and second antennas with a common drive, a digital signal processor for calculating the vertical component of the wind speed, an antenna angular position sensor, a mutual correlation function calculator, a maximum position indicator of the mutual correlation function, a divider power and additional circulator, in a certain way interconnected. Achievable technical result of the known meter is to increase the accuracy of measuring the components of the full vector of wind speed in a coherent meteorological radar and improve the quality of detection of wind shear zones in the atmosphere.
В указанном измерителе на выходе каждого приемника образуются два квадратурных цифровых сигнала, которые объединяются в комплексные сигналы:In the specified meter at the output of each receiver, two quadrature digital signals are formed, which are combined into complex signals:
S1(t)=u1(t)+jν1(t),S 1 (t) = u 1 (t) + jν 1 (t),
S2(t)=u2(t)+jν2(t),S 2 (t) = u 2 (t) + jν 2 (t),
где u1(t), ν1(t) - квадратурные цифровые сигналы на выходе первого (3) приемника;where u 1 (t), ν 1 (t) are quadrature digital signals at the output of the first (3) receiver;
u2(t), ν2(t) - квадратурные цифровые сигналы на выходе второго (4) приемника.u 2 (t), ν 2 (t) - quadrature digital signals at the output of the second (4) receiver.
С выходов приемников комплексные сигналы S1(t) и S2(t) поступают на первый и второй входы вычислителя 10 взаимной корреляционной функции (ВКФ) соответственно, где производится расчет ВКФ в соответствии с формулойFrom the outputs of the receivers, the complex signals S 1 (t) and S 2 (t) are fed to the first and second inputs of the mutual correlation function (VKF) calculator 10, respectively, where the VKF is calculated in accordance with the formula
Результаты расчета поступают на вход определителя 11 положения максимума взаимной корреляционной функции, выходной сигнал которого соответствует значению аргумента ВКФ τmax, при котором ВКФ принимает наибольшее значение. Значение τmax поступает на второй вход сигнального процессора 8, на первый вход которого с датчика 9 углового положения поступает сигнал, пропорциональный углу наклона θ диаграммы направленности антенн. В сигнальном процессоре 8 в соответствии с формулойThe calculation results are input to the determinant 11 of the maximum position of the mutual correlation function, the output signal of which corresponds to the value of the VKF argument τ max , at which the VKF takes the largest value. The value of τ max is supplied to the second input of the signal processor 8, the first input of which from the sensor 9 of the angular position receives a signal proportional to the angle of inclination θ of the antenna pattern. In the signal processor 8 in accordance with the formula
происходит вычисление вертикальной составляющей скорости ветра wv.the vertical component of the wind speed w v is calculated.
Для точного вычисления вертикальной составляющей скорости ветра необходимо возможно точнее определить значение временного запаздывания τmax, соответствующее максимуму взаимной корреляционной функции B(τ).To accurately calculate the vertical component of the wind speed, it is necessary to more accurately determine the value of the time delay τ max corresponding to the maximum of the mutual correlation function B (τ).
Однако в области максимума взаимная корреляционная функция имеет очень малую крутизну и изменяется незначительно при изменении τ (фиг.2,а). Гораздо более благоприятной для поиска максимума является формула производной от взаимной корреляционной функции 
В точке τ=0 производная имеет значительную крутизну и, кроме того, меняет знак в зависимости от положения относительно точки τ=0.At the point τ = 0, the derivative has a significant steepness and, in addition, changes sign depending on the position relative to the point τ = 0.
Таким образом, отыскание максимума взаимной корреляционной функции В(τ) (максимальный принцип - экстремальная задача) заменяется минимальным принципом измерения - стабилизацией нулевого значения регулируемой величины τ.Thus, finding the maximum of the mutual correlation function B (τ) (the maximum principle is an extremal problem) is replaced by the minimum measurement principle - stabilization of the zero value of the controlled variable τ.
Технической задачей изобретения является повышение точности вычисления вертикальной составляющей скорости ветра путем использования производной взаимной корреляционной функции.An object of the invention is to increase the accuracy of calculating the vertical component of the wind speed by using the derivative of the mutual correlation function.
Поставленная задача решается тем, что измеритель вертикальной составляющей скорости ветра для обнаружения сдвига ветра, содержащий, в соответствии с ближайшим аналогом, последовательно включенные передатчик, делитель мощности и первый циркулятор, первое плечо которого соединено с первой антенной, а второе плечо соединено с входом первого приемника, последовательно включенные датчик углового положения антенн, цифровой сигнальный процессор и обнаружитель сдвига ветра, при этом к второму выходу делителя мощности подключен второй циркулятор, первое плечо которого соединено с второй антенной, а второе плечо соединено с входом второго приемника, датчик углового положения антенн механически связан с общим приводом антенн, отличается от ближайшего аналога тем, что он снабжен вычислителем производной взаимной корреляционной функции, определителем положения максимума производной взаимной корреляционной функции и дифференциатором, причем вычислитель производной взаимной корреляционной функции выполнен в виде последовательно подключенных к выходу второго приемника блока регулируемой задержки, перемножителя, второй вход которого через дифференциатор соединен с выходом первого приемника, фильтра нижних частот и усилителя низкой частоты, выход которого соединен с вторым входом блока регулируемой задержки, второй выход которого через определитель положения минимума производной взаимной корреляционной функции подключен к второму входу цифрового сигнального процессора, который предназначен для вычисления вертикальной составляющей скорости ветра wV в соответствии с формулой:The problem is solved in that the vertical component of the wind speed for detecting wind shear, containing, in accordance with the closest analogue, a series-connected transmitter, power divider and a first circulator, the first arm of which is connected to the first antenna, and the second arm is connected to the input of the first receiver connected in series with the antenna angular position sensor, a digital signal processor and a wind shear detector, while a second circuit is connected to the second output of the power divider a heator, the first arm of which is connected to the second antenna, and the second arm is connected to the input of the second receiver, the antenna angle sensor is mechanically connected to the common antenna drive, differs from the nearest analogue in that it is equipped with a calculator of the derivative of the mutual correlation function, a determinant of the position of the maximum of the derivative of the mutual correlation function and a differentiator, and the calculator of the derivative of the mutual correlation function is made in the form of series connected and an adjustable delay, a multiplier, the second input of which through the differentiator is connected to the output of the first receiver, a low-pass filter and a low-frequency amplifier, the output of which is connected to the second input of the adjustable delay unit, the second output of which is connected to the second input through the minimum position determinant of the cross-correlation function derivative digital signal processor, which is designed to calculate the vertical component of the wind speed w V in accordance with the formula:
где θ - угол наклона диаграммы направленности первой и второй антенн;where θ is the angle of the radiation pattern of the first and second antennas;
τз - значение аргумента производной взаимной корреляционной функции, при котором производная взаимной корреляционной функции принимает наименьшее значение;τ s - the value of the argument of the derivative of the mutual correlation function, in which the derivative of the mutual correlation function takes the smallest value;
d - расстояние, на которое разнесены фазовые центры первой и второй антенн по вертикали.d is the distance by which the phase centers of the first and second antennas are spaced apart vertically.
Структурная схема измерителя представлена на фиг.1. Взаимная корреляционная функция B(τ) и ее производная dB(τ)/dτ показаны на фиг.2.The structural diagram of the meter is presented in figure 1. The cross-correlation function B (τ) and its derivative dB (τ) / dτ are shown in FIG. 2.
Измеритель вертикальной составляющей скорости ветра для обнаружения сдвига ветра содержит последовательно включенные передатчик 2, делитель 12 мощности и первый циркулятор 5, первое плечо которого соединено с первой антенной 6, а второе плечо соединено с входом первого приемника 3, последовательно включенные датчик 9 углового положения антенн, цифровой сигнальный процессор 8 и обнаружитель 1 сдвига ветра. К второму выходу делителя 12 мощности подключен второй циркулятор 13, первое плечо которого соединено с второй антенной 7, а второе плечо соединено с входом второго приемника 4. Датчик 9 углового положения антенн механически связан с общим приводом антенн (на схеме не показан). К выходу второго приемника 4 последовательно подключены блок 15 регулируемой задержки, перемножитель 16, второй вход которого через дифференциатор 14 соединен с выходом первого приемника 3, фильтр 17 нижних частот и усилитель 18 низкой частоты, выход которого соединен с вторым входом блока 15 регулируемой задержки, к второму выходу которого через определитель 11 положения минимума производной взаимной корреляционной функции подключен второй вход цифрового сигнального процессора 8.The vertical component of the wind speed for detecting wind shear includes a series-connected transmitter 2, a power divider 12 and a first circulator 5, the first arm of which is connected to the first antenna 6, and the second arm is connected to the input of the first receiver 3, the antenna angular position sensor 9 is connected in series, a digital signal processor 8 and a wind shear detector 1. A second circulator 13 is connected to the second output of the power divider 12, the first arm of which is connected to the second antenna 7, and the second arm is connected to the input of the second receiver 4. The antenna angular position sensor 9 is mechanically connected to a common antenna drive (not shown in the diagram). An adjustable delay unit 15, a multiplier 16, the second input of which through a differentiator 14 is connected to the output of the first receiver 3, a low-pass filter 17 and a low-frequency amplifier 18, the output of which is connected to the second input of the adjustable delay unit 15, are connected in series to the output of the second receiver 4, to the second output of which, through the determinant 11 of the minimum position of the derivative of the mutual correlation function, is connected to the second input of the digital signal processor 8.
Устройство работает следующим образом.The device operates as follows.
Высокочастотные импульсные зондирующие сигналы, генерируемые передатчиком 2, поступают на делитель 12 мощности, а затем на первый 5 и второй 13 циркуляторы. Пройдя в первое плечо циркуляторов 5 и 13, эти сигналы подаются в фидеры первой 6 и второй 7 антенн, которые имеют одинаковые диаграммы направленности, а их фазовые центры разнесены по вертикали на расстоянии d. Обе антенны имеют один и тот же привод. Их угловое положение фиксируется датчиком 9 углового положения, который механически связан с приводом. Антенны 6 и 7 излучают радиолокационные импульсы в обследуемую зону атмосферы (разрешаемый объем). Отраженные от метеочастиц этой зоны сигналы принимаются первой 6 и второй 7 антеннами и поступают в первое плечо циркуляторов 5 и 13 соответственно. Пройдя во второе плечо, эти сигналы подаются на входы первого 3 и второго 4 приемников. Принятые радиосигналы в приемниках подвергаются фильтрации, преобразованию по частоте, усилению, квадратурному преобразованию и оцифровке (преобразованию в цифровой код). В результате на выходе каждого приемника образуются два квадратурных цифровых сигнала, которые объединяются в комплексные сигналы:High-frequency pulse sounding signals generated by the transmitter 2, are fed to the power divider 12, and then to the first 5 and second 13 circulators. Having passed to the first arm of circulators 5 and 13, these signals are fed to the feeders of the first 6 and second 7 antennas, which have the same radiation patterns, and their phase centers are spaced vertically at a distance of d. Both antennas have the same drive. Their angular position is fixed by the sensor 9 of the angular position, which is mechanically connected with the drive. Antennas 6 and 7 emit radar pulses into the studied area of the atmosphere (resolved volume). The signals reflected from the meteorological particles of this zone are received by the first 6 and second 7 antennas and enter the first arm of the circulators 5 and 13, respectively. Having passed to the second shoulder, these signals are fed to the inputs of the first 3 and second 4 receivers. The received radio signals in the receivers undergo filtering, frequency conversion, gain, quadrature conversion and digitization (conversion to digital code). As a result, at the output of each receiver, two quadrature digital signals are formed, which are combined into complex signals:
S1(t)=u1(t)+jν1(t),S 1 (t) = u 1 (t) + jν 1 (t),
S2(t)=u2(t)+jν2(t),S 2 (t) = u 2 (t) + jν 2 (t),
где u1(t), ν1(t) - квадратурные цифровые сигналы на выходе первого (3) приемника;where u 1 (t), ν 1 (t) are quadrature digital signals at the output of the first (3) receiver;
u2(t), ν2(t) - квадратурные цифровые сигналы на выходе второго (4) приемника.u 2 (t), ν 2 (t) - quadrature digital signals at the output of the second (4) receiver.
С выходов приемников комплексные сигналы S1(t) и S2(t) через дифференциатор 14 и непосредственно поступают на выходы вычислителя 10 производной взаимной корреляционной функции, состоящего из блока 15 регулируемой задержки, перемножителя 16, фильтра 17 нижних частот и усилителя 18 низкой частоты. Полученное на выходе перемножителя 16 напряжение пропускается через фильтр 17 нижних частот, на выходе которого формируется производная взаимной корреляционной функции dB(τ)/dτ (фиг.2,б). Если указанная производная не равна нулю, то на выходе фильтра 17 нижних частот формируется напряжение, амплитуда которого пропорциональна степени отклонения производной взаимной корреляционной функции от нулевого значения, а полярность - направлению отклонения. Это напряжение через усилитель 18 низкой частоты воздействует на управляющий вход блока 15 регулируемой задержки, изменяя временную задержку τ так, чтобы производная взаимной корреляционной функции была равна нулю.From the outputs of the receivers, the complex signals S 1 (t) and S 2 (t) through the differentiator 14 and directly go to the outputs of the calculator 10 of the derivative of the mutual correlation function, consisting of an adjustable delay unit 15, a multiplier 16, a low-pass filter 17 and a low-frequency amplifier 18 . The voltage obtained at the output of the multiplier 16 is passed through a low-pass filter 17, at the output of which a derivative of the mutual correlation function dB (τ) / dτ is formed (Fig. 2, b). If the specified derivative is not equal to zero, then a voltage is generated at the output of the low-pass filter 17, the amplitude of which is proportional to the degree of deviation of the derivative of the mutual correlation function from zero, and the polarity to the direction of deviation. This voltage through the low-frequency amplifier 18 acts on the control input of the adjustable delay unit 15, changing the time delay τ so that the derivative of the mutual correlation function is equal to zero.
Результаты расчета поступают на вход определителя 11 положения минимума производной взаимной корреляционной функции, выходной сигнал которого соответствует значению аргумента τз производной взаимной корреляционной функции dB(τ)/dτ, при котором dB(τ)/dτ принимают наименьшее значение. Значение τз поступает на второй вход сигнального процессора 8, на первый вход которого с датчика 9 углового положения антенн поступает сигнал, пропорциональный углу наклона θ диаграмм направленности антенн. В сигнальном процессоре 8 в соответствии с формулойThe results of calculation are input 11 of a minimum determinant of the derivative mutual correlation function, whose output signal corresponds to the value of argument τ derivative of the cross correlation function dB (τ) / dτ, where dB (τ) / dτ taking the smallest value. The value of τ s is supplied to the second input of the signal processor 8, the first input of which from the sensor 9 of the angular position of the antennas receives a signal proportional to the angle of inclination θ of the antenna patterns. In the signal processor 8 in accordance with the formula
происходит вычисление вертикальной составляющей скорости ветра WV.the vertical component of the wind speed W V is calculated.
Это значение подается в обнаружитель 1 сдвига ветра, где выносится решение о наличии в обследуемой зоне атмосферы (разрешаемом объеме) сдвига ветра.This value is supplied to the wind shear detector 1, where a decision is made on the presence of a wind shear in the examined area of the atmosphere (the allowed volume).
Таким образом, предлагаемый измеритель по сравнению с прототипом обеспечивает повышение точности вычисление вертикальной составляющей скорости ветра. Это достигается использованием производной взаимной корреляционной функции, которая позволяет значительно повысить точность и чувствительность измерителя.Thus, the proposed meter in comparison with the prototype provides improved accuracy, the calculation of the vertical component of the wind speed. This is achieved using the derivative of the mutual correlation function, which can significantly increase the accuracy and sensitivity of the meter.
На выходе коррелятора формируется знакопеременный сигнал с большой крутизной в области максимума взаимной корреляционной функции (минимума ее производной), который используется для автоматического изменения блока регулируемой задержки. Преимуществом такой схемы является относительная простота получения каждого сигнала рассогласования.An alternating signal with a large slope is formed at the output of the correlator in the region of the maximum of the mutual correlation function (the minimum of its derivative), which is used to automatically change the adjustable delay unit. An advantage of such a scheme is the relative ease of obtaining each error signal.
Метод измерения вертикальной составляющей скорости ветра по минимуму производной взаимной корреляционной функции (прохождению через нуль), наряду с высокой точностью и чувствительностью, обладает еще одним весьма существенным преимуществом нулевого метода, а именно: амплитуда входных сигналов и ее флуктуация не оказывают влияния на результат измерений.The method of measuring the vertical component of wind speed by minimizing the derivative of the mutual correlation function (passing through zero), along with high accuracy and sensitivity, has another very significant advantage of the zero method, namely: the amplitude of the input signals and its fluctuation do not affect the measurement result.
Claims (1)
где θ - угол наклона диаграммы направленности первой и второй антенн;
τз - значение аргумента производной взаимной корреляционной функции, при котором производная взаимной корреляционной функции принимает наименьшее значение;
d - расстояние, на которое разнесены фазовые центры первой и второй антенн по вертикали. The vertical component of the wind speed for detecting wind shear, containing a series-connected transmitter, a power divider and a first circulator, the first arm of which is connected to the first antenna, and the second arm is connected to the input of the first receiver, series-connected sensors of the angular position of the antennas, a digital signal processor and a detector shear of the wind, while the second circulator is connected to the second output of the power divider, the first arm of which is connected to the second antenna, and the second arm with is dined with the input of the second receiver, the antenna angle sensor is mechanically connected to a common antenna drive, characterized in that it is equipped with a calculator of the derivative of the mutual correlation function, a determinant of the minimum position of the derivative of the mutual correlation function and a differentiator, and the calculator of the derivative of the mutual correlation function is made in the form of series-connected to the output of the second receiver of the adjustable delay unit, a multiplier, the second input of which is connected to the output of the first receiver, a low-pass filter and a low-frequency amplifier, the output of which is connected to the second input of the adjustable delay unit, the second output of which is connected to the second input of the digital signal processor, which is designed to calculate the vertical component of the wind speed w through the position determinant of the minimum derivative of the mutual correlation function v in accordance with the formula:
where θ is the angle of the radiation pattern of the first and second antennas;
τ s - the value of the argument of the derivative of the mutual correlation function, in which the derivative of the mutual correlation function takes the smallest value;
d is the distance by which the phase centers of the first and second antennas are spaced apart vertically.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011118424/07A RU2468387C1 (en) | 2011-05-06 | 2011-05-06 | Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011118424/07A RU2468387C1 (en) | 2011-05-06 | 2011-05-06 | Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2468387C1 true RU2468387C1 (en) | 2012-11-27 |
Family
ID=49254991
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011118424/07A RU2468387C1 (en) | 2011-05-06 | 2011-05-06 | Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2468387C1 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602730C1 (en) * | 2015-09-01 | 2016-11-20 | Алексей Андреевич Калмыков | Method of measuring wind speed basing on doppler effect |
Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5724125A (en) * | 1994-06-22 | 1998-03-03 | Ames; Lawrence L. | Determination of wind velocity using a non-vertical LIDAR scan |
| US7463341B2 (en) * | 2003-04-10 | 2008-12-09 | Eads Deutschland Gmbh | Method and apparatus for detecting wind velocities by means of a doppler-lidar system |
| RU83620U1 (en) * | 2008-12-30 | 2009-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛОМО МЕТЕО" | ULTRASONIC FLOW SPEED METER |
| RU2389040C1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-10 | Вячеслав Адамович Заренков | Query method of measuring radial velocity and system for realising said method |
| RU2400769C2 (en) * | 2008-09-10 | 2010-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "КОНТУР-НИИРС" | Device for measuring vertical component of wind velocity for wind shift detector |
-
2011
- 2011-05-06 RU RU2011118424/07A patent/RU2468387C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5724125A (en) * | 1994-06-22 | 1998-03-03 | Ames; Lawrence L. | Determination of wind velocity using a non-vertical LIDAR scan |
| US7463341B2 (en) * | 2003-04-10 | 2008-12-09 | Eads Deutschland Gmbh | Method and apparatus for detecting wind velocities by means of a doppler-lidar system |
| RU2400769C2 (en) * | 2008-09-10 | 2010-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "КОНТУР-НИИРС" | Device for measuring vertical component of wind velocity for wind shift detector |
| RU2389040C1 (en) * | 2008-11-07 | 2010-05-10 | Вячеслав Адамович Заренков | Query method of measuring radial velocity and system for realising said method |
| RU83620U1 (en) * | 2008-12-30 | 2009-06-10 | Общество с ограниченной ответственностью "ЛОМО МЕТЕО" | ULTRASONIC FLOW SPEED METER |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602730C1 (en) * | 2015-09-01 | 2016-11-20 | Алексей Андреевич Калмыков | Method of measuring wind speed basing on doppler effect |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2837738A (en) | Passive range measuring device | |
| KR101240629B1 (en) | Detecting and localization method of unknown signal using aircraft with ads-b system | |
| Semenets et al. | Registration of refraction phenomenon in the problem of acoustic sounding of atmosphere in airports zone | |
| RU2303796C1 (en) | Method for independent forming of landing information for flight vehicle and on-board radar for its realization (modifications) | |
| KR20160098985A (en) | Velocity and attitude estimation using an interferometric radar altimeter | |
| Shi et al. | Multichannel sense-and-avoid radar for small UAVs | |
| CN102004244A (en) | Doppler direct distance measurement method | |
| RU2384861C1 (en) | Disturbance parametre measurement device | |
| RU2416105C1 (en) | Method of determining motion parametres of aerial objects in surveillance radar by using coherent properties of reflected signals | |
| RU2643168C2 (en) | Method of height, aircraft actual velocity and aircraft velocity vector inclination measurement in relation to horizon, on-board radar device using method | |
| CN107765239A (en) | A kind of design and implementation method of economical short distance range radar | |
| RU2626380C1 (en) | Selection system of moving targets with measurement of range, radial velocity and direction of motion | |
| RU2602274C1 (en) | Radar method and device for remote measurement of full velocity vector of meteorological object | |
| RU2540982C1 (en) | Method of determining coordinates of targets (versions) and system therefor (versions) | |
| RU2468387C1 (en) | Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift | |
| RU2660159C1 (en) | Method of side-looking airborne radar determination of aircraft demolition angle | |
| RU2379707C1 (en) | Method for surface observation by onboard radio-ir-radar connected with radar | |
| RU2400769C2 (en) | Device for measuring vertical component of wind velocity for wind shift detector | |
| RU2551896C2 (en) | Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor | |
| Jha et al. | Ka-Band FMCW Radar Altimeter for Navigation | |
| RU2449310C2 (en) | Radar meter of low heights | |
| RU2707556C1 (en) | Method of determining terrain elevation height of a radar with synthesized antenna aperture | |
| JP2008304329A (en) | Measuring device | |
| RU2550081C2 (en) | Method for single-beam measurement of altitude and component velocities of aircraft and radar altimeter therefor | |
| Cui et al. | Retrieval of ocean wave characteristics from K-band radar |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20130507 |