RU2469361C1 - Method for remote measurement of wind velocity - Google Patents
Method for remote measurement of wind velocity Download PDFInfo
- Publication number
- RU2469361C1 RU2469361C1 RU2011128469/28A RU2011128469A RU2469361C1 RU 2469361 C1 RU2469361 C1 RU 2469361C1 RU 2011128469/28 A RU2011128469/28 A RU 2011128469/28A RU 2011128469 A RU2011128469 A RU 2011128469A RU 2469361 C1 RU2469361 C1 RU 2469361C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sound
- sources
- point
- propagation time
- wind speed
- Prior art date
Links
Abstract
Description
Изобретение относится к области метеорологического приборостроения. Предлагаемый способ может быть использован для дистанционного бесконтактного определения скорости ветра в нижних слоях атмосферы.The invention relates to the field of meteorological instrumentation. The proposed method can be used for remote non-contact determination of wind speed in the lower atmosphere.
Известен способ дистанционного измерения скорости ветра, основанный на методе акустической локации, заключающийся в посылке в атмосферу звуковых импульсов определенной частоты, приеме рассеянных на атмосферных неоднородностях посланных звуковых импульсов, измерении доплеровского сдвига частоты принятых звуковых импульсов и определении величин компонент скорости ветра по доплеровскому сдвигу их частоты [1]. Известно устройство - акустический локатор, реализующей данный способ дистанционного измерения скорости ветра [2].A known method of remote measuring wind speed, based on the acoustic location method, which consists in sending sound pulses of a certain frequency to the atmosphere, receiving sound pulses scattered by atmospheric inhomogeneities, measuring the Doppler frequency shift of received sound pulses and determining the magnitude of the wind speed components from the Doppler shift of their frequency [one]. A known device is an acoustic locator that implements this method of remote measurement of wind speed [2].
Основные недостатки данного способа обусловлены низким уровнем отношения сигнал-шум на входе акустического приемника из-за малой величины сечения рассеяния зондирующих импульсов атмосферными неоднородностями и случайными флуктуациями этой величины вследствие случайного характера структуры рассеивающих объектов (очагов турбулентности). По этой причине практическая реализация данного способа акустической локации требует использования мощных громоздких источников акустических импульсов рупорного типа и таких же крупногабаритных приемных антенн, выполнение измерений ведется методом накопления полезного сигнала при многократной посылке зондирующих импульсов, что снижает временное разрешение метода и уменьшает скрытность проведения измерений (актуально при использовании метода в войсках для обеспечения метеосопровождения выполнения боевых задач). Практическая дальность зондирования скорости ветра методом акустического зондирования ограничивается дистанциями до 1000 метров при наличии благоприятных внешних условий (отсутствии источников интенсивных звуковых шумов в районе действия акустического локатора).The main disadvantages of this method are due to the low signal-to-noise ratio at the input of the acoustic receiver due to the small scattering cross-section of the probe pulses by atmospheric inhomogeneities and random fluctuations of this magnitude due to the random nature of the structure of scattering objects (turbulence foci). For this reason, the practical implementation of this method of acoustic location requires the use of powerful bulky sources of horn-type acoustic pulses and the same large receiving antennas, the measurements are carried out by the method of accumulating a useful signal when sending probe pulses multiple times, which reduces the time resolution of the method and reduces the secrecy of measurements (relevant when using the method in the troops to provide meteorological support for combat missions). The practical range of sounding the wind speed by the method of acoustic sounding is limited to distances of up to 1000 meters in the presence of favorable external conditions (absence of sources of intense sound noise in the region of the acoustic locator).
Задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является дистанционное определение величины компоненты скорости ветра на заданной высоте посредством измерения времени распространения звуковых импульсов от двух искусственно созданных в атмосфере источников звука до находящегося на поверхности земли акустического приемника. Технический результат - увеличение максимальной высоты дистанционного измерения скорости ветра, увеличение временного разрешения метода и уменьшение массогабаритных характеристик реализующих способ устройств.The problem to which the invention is directed is the remote determination of the magnitude of the component of the wind speed at a given height by measuring the propagation time of sound pulses from two sound sources artificially created in the atmosphere to an acoustic receiver located on the earth's surface. The technical result is an increase in the maximum height of the remote measurement of wind speed, an increase in the time resolution of the method and a decrease in the weight and size characteristics of the devices implementing the method.
Указанный технический результат достигается тем, что, как и в известном способе акустической локации, для определения компоненты скорости ветра осуществляют прием приходящих из атмосферы звуковых импульсов, но в отличие от известного способа в атмосфере и двух точках на заданной высоте формируют на некотором расстоянии друг от друга два искусственных точечных источника звука, которые синхронно излучают по одному акустическому импульсу, затем принимают эти два акустических импульса в точке, расположенной у поверхности земли симметрично относительно этих звуковых источников, измеряют время распространения звука от первого и второго источников до точки приема и вычисляют компоненту скорости ветра, из соотношения:The specified technical result is achieved by the fact that, as in the known method of acoustic location, to determine the components of the wind speed, sound pulses arriving from the atmosphere are received, but unlike the known method, they form at a certain distance from each other in the atmosphere and at two points at a given height two artificial point sources of sound, which synchronously emit one acoustic pulse, then take these two acoustic pulses at a point located at the surface of the earth symmetrically about concerning these sound sources, the sound propagation time measured from first and second sources to the reception point, and calculating the component of the wind speed from the relation:
где Vв - величина вектора скорости ветра, коллениарного прямой, связывающей источники звука, L - расстояние между источниками звука и точкой приема, t1 - время распространения звукового импульса от 1-го источника звука до точки приема, t2 - время распространения звукового импульса от 2-го источника звука до точки приема, α - угол между вертикалью, проходящей через точку приема, и направлением на источник звука.where V in is the magnitude of the wind velocity vector, the articular line connecting the sound sources, L is the distance between the sound sources and the receiving point, t 1 is the propagation time of the sound pulse from the 1st sound source to the receiving point, t 2 is the propagation time of the sound pulse from the 2nd sound source to the receiving point, α is the angle between the vertical passing through the receiving point and the direction to the sound source.
На рисунке приведена схема, поясняющая предлагаемый способ дистанционного измерения скорости ветра.The figure shows a diagram explaining the proposed method for remote measurement of wind speed.
На чертеже обозначено: А - точка нахождения 1-го источника звука; В - точка нахождения 2-го источника звука; С - точка приема звука (точка нахождения акустического приемника); L1=L2=L - расстояние от источников звука до точки приема звука; α - угол между вертикалью и направлением на источник звука, Vв - величина вектора скорости ветра, коллениарного прямой, связывающей источники звука А и В; 
Предлагаемый способ дистанционного измерения скорости ветра заключается в следующем. Скорость распространения звука от источника до точки приема складывается из двух составляющих - собственной скорости звука в воздухе и скорости движения самого воздуха (скорости ветра) в направлении к точке приема. Из чертежа следует, что для 1-го источника звука эта скорость представляет собой сумму собственной скорости звука в воздухе и проекции скорости ветра на направление L1, а для 2-го - разность собственной скорости звука в воздухе и проекции скорости ветра на направление L2. Так как точка приема находится на оси симметрии точек расположения источников звука (L1=L2=L), время распространения звука от 1-го источника до точки приема составит величину t1=L/(Vзв+Vв sinα), а время распространения звука от 2-го источника до точки приема - величину t2=L/(Vзв-Vв sinα). Измерив величины t1 и t2, по известным L и α (эти величины задаются условиями проведения измерений), можно по формуле 1) вычислить искомое значение компоненты скорости ветра Vв на высоте нахождения источников звука (в предположении, что Vв не зависит от высоты и является постоянной величиной).The proposed method for remote measurement of wind speed is as follows. The speed of sound propagation from the source to the receiving point is composed of two components - the intrinsic speed of sound in air and the speed of movement of the air itself (wind speed) in the direction of the receiving point. From the drawing it follows that for the 1st sound source this speed is the sum of the intrinsic speed of sound in air and the projection of wind speed in the direction L 1 , and for the 2nd - the difference in intrinsic speed of sound in air and the projection of wind speed in the direction L 2 . Since the receiving point is located on the symmetry axis of the points of location of the sound sources (L 1 = L 2 = L), the propagation time of sound from the 1st source to the receiving point will be t 1 = L / (V Sv + V in sinα), and the propagation time of sound from the 2nd source to the receiving point is the value of t 2 = L / (V sv -V in sinα). By measuring the values of t 1 and t 2 , using the known L and α (these values are determined by the measurement conditions), it is possible by formula 1) to calculate the desired value of the component of the wind speed V in at the height of the sound sources (assuming that V in does not depend on height and is a constant value).
В предлагаемом способе источником полезного сигнала являются активные акустические источники, способные излучать существенно более высокую мощность звука, чем источник прототипа, в котором полезный сигнал содержат звуковые импульсы, рассеянные на неоднородностях атмосферы. Соответственно, предложенный способ позволяет определять ветровые характеристики на существенно больших высотах, чем это достигается в способе-прототипе. По этой же причине способ не требует применения мощных громоздких источников акустических импульсов рупорного типа и таких же крупногабаритных приемных антенн. Кроме того, для определения времени распространения звука от источников до точки приема достаточно провести единичное измерение без длительного накопления полезного сигнала, как это осуществляется в способе-прототипе, что сокращает время измерения до нескольких секунд и соответственно повышает временное разрешение измерений (практически временное разрешение способа определяется временем распространения звукового импульса от источников до точки приема и составляет для высоты 1 км величину порядка 3-4 сек). Многократно повторяющиеся в течение длительного времени однотонные звуковые импульсы, излучаемые передающей антенной излучателя в способе-прототипе, обладают существенно большим демаскирующим действием, чем генерация мощного, но однократного звукового импульса в атмосфере (особенно в условиях ведения боевых действий), что обеспечивает предлагаемому способу преимущество с точки зрения скрытности проводимых измерений.In the proposed method, the source of the useful signal is active acoustic sources capable of emitting a significantly higher sound power than the source of the prototype, in which the useful signal contains sound pulses scattered by inhomogeneities of the atmosphere. Accordingly, the proposed method allows to determine the wind characteristics at significantly higher altitudes than is achieved in the prototype method. For the same reason, the method does not require the use of powerful bulky sources of horn-type acoustic pulses and the same large receiving antennas. In addition, to determine the propagation time of sound from sources to the receiving point, it is sufficient to conduct a single measurement without prolonged accumulation of the useful signal, as is done in the prototype method, which reduces the measurement time to several seconds and, accordingly, increases the temporal resolution of measurements (the practically temporary resolution of the method is determined the propagation time of the sound pulse from the sources to the receiving point and amounts to about 3-4 seconds for a height of 1 km). Monotonous sound pulses repeatedly emitted over a long period of time emitted by the transmitting antenna of the emitter in the prototype method have a significantly greater unmasking effect than the generation of a powerful but single sound pulse in the atmosphere (especially in conditions of warfare), which provides the proposed method an advantage with the point of view of the secrecy of the measurements.
ЛитератураLiterature
1. Атмосфера. Справочник под ред. Седунова Ю.С., Ленинград. Гидрометеоиздат. 1991. стp.501.1. The atmosphere. Handbook Ed. Sedunova Yu.S., Leningrad. Hydrometeoizdat. 1991.p. 501.
2. Кузнецов Р.Д. Акустическим локатор ЛАТАН-3 для исследований атмосферного пограничного слоя. Журнал «Оптика атмосферы и океана», 2007 г., вып.20, №8, стр.749-752.2. Kuznetsov R.D. LATAN-3 acoustic locator for atmospheric boundary layer studies. The journal “Optics of the atmosphere and ocean”, 2007, issue 20, No. 8, pp. 749-752.
Claims (1)
Vв=L(t2-t1)/2t1t2sinα,
где Vв - величина вектора скорости ветра, коллинеарного прямой, связывающей источники звука, L - расстояние между источниками звука и точкой приема, t1 - время распространения звукового импульса от 1-го источника звука до точки приема, t2 - время распространения звукового импульса от 2-го источника звука до точки приема, α - угол между вертикалью, проходящей через точку приема, и направлением на источник звука. A method for remote measurement of wind speed, in which sound pulses coming from the atmosphere are received, characterized in that two artificial point sources of sound are formed at some distance from each other in the atmosphere at two points located at the same height, each of which is synchronous with emits an acoustic impulse to others, then these two acoustic impulses are received at a point located at the surface of the earth symmetrically with respect to these sound sources, the propagation time is measured sound from the first and second sources to the receiving point and calculate the component of the wind speed, from the ratio:
V in = L (t 2 -t 1 ) / 2t 1 t 2 sinα,
where V in is the magnitude of the wind speed vector, the collinear straight line connecting the sound sources, L is the distance between the sound sources and the receiving point, t 1 is the propagation time of the sound pulse from the 1st sound source to the receiving point, t 2 is the propagation time of the sound pulse from the 2nd sound source to the receiving point, α is the angle between the vertical passing through the receiving point and the direction to the sound source.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011128469/28A RU2469361C1 (en) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Method for remote measurement of wind velocity |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2011128469/28A RU2469361C1 (en) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Method for remote measurement of wind velocity |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2469361C1 true RU2469361C1 (en) | 2012-12-10 |
Family
ID=49255869
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2011128469/28A RU2469361C1 (en) | 2011-07-08 | 2011-07-08 | Method for remote measurement of wind velocity |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2469361C1 (en) |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602274C1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-11-20 | Акционерное общество "Концерн "Международные аэронавигационные системы" | Radar method and device for remote measurement of full velocity vector of meteorological object |
| RU2634804C2 (en) * | 2016-03-30 | 2017-11-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Method and device for measuring wind speed and air temperature in atmospheric border layer |
Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU661339A1 (en) * | 1977-11-25 | 1979-05-05 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср | Device for probing randomly-inhomogeneous media |
| SU853584A1 (en) * | 1979-06-05 | 1981-08-07 | Главная Геофизическая Обсерватория Им.A.И.Воейкова | Device for measuring turbulent transfers |
| EP0776459B1 (en) * | 1994-08-22 | 2003-10-29 | Arete' Associates Inc. | Observations from below a rough water surface |
-
2011
- 2011-07-08 RU RU2011128469/28A patent/RU2469361C1/en active
Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| SU661339A1 (en) * | 1977-11-25 | 1979-05-05 | Ордена Трудового Красного Знамени Институт Радиотехники И Электроники Ан Ссср | Device for probing randomly-inhomogeneous media |
| SU853584A1 (en) * | 1979-06-05 | 1981-08-07 | Главная Геофизическая Обсерватория Им.A.И.Воейкова | Device for measuring turbulent transfers |
| EP0776459B1 (en) * | 1994-08-22 | 2003-10-29 | Arete' Associates Inc. | Observations from below a rough water surface |
Cited By (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2602274C1 (en) * | 2014-08-29 | 2016-11-20 | Акционерное общество "Концерн "Международные аэронавигационные системы" | Radar method and device for remote measurement of full velocity vector of meteorological object |
| RU2634804C2 (en) * | 2016-03-30 | 2017-11-03 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Method and device for measuring wind speed and air temperature in atmospheric border layer |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CN101034155B (en) | Flight time measurement apparatus and method for increasing measurement rate | |
| Gong et al. | Low-frequency target strength and abundance of shoaling Atlantic herring (Clupea harengus) in the Gulf of Maine during the Ocean Acoustic Waveguide Remote Sensing 2006 Experiment | |
| RU2484492C1 (en) | Hydroacoustic system for measuring coordinates of sound source in shallow sea | |
| RU2451300C1 (en) | Hydroacoustic navigation system | |
| CN108680234A (en) | A kind of water-depth measurement method of quarice layer medium | |
| RU2469361C1 (en) | Method for remote measurement of wind velocity | |
| JP5046793B2 (en) | Wind measuring device | |
| CN103837856A (en) | Extended angular resolution in sensor arrays using secondary echoe | |
| CN107515390A (en) | A kind of aerial target localization method based on single vector sensor | |
| RU2334244C1 (en) | Method of radio radiation source location detection | |
| RU153990U1 (en) | ACOUSTIC ANEMOMETER | |
| RU2700278C1 (en) | Method of determining location of underwater object | |
| RU2545065C2 (en) | Method to measure acoustic speed in water | |
| RU2456637C1 (en) | Laser location method | |
| Kabakchiev et al. | Feasibility of asteroid detection using pulsar signals | |
| RU2554321C1 (en) | Device for determination of direction and distance to signal source | |
| RU2541733C1 (en) | Parametric profile recorder | |
| RU2634804C2 (en) | Method and device for measuring wind speed and air temperature in atmospheric border layer | |
| RU2515419C1 (en) | Method of measuring change in course angle of probing signal source | |
| RU2477498C1 (en) | Method of monitoring vertical distribution of sound speed in shallow water conditions | |
| RU2674283C1 (en) | Helicopter landing ensuring system (options) | |
| RU2570100C1 (en) | Hydroacoustic determination of object spatial characteristics | |
| RU2613485C2 (en) | Method for measuring sound velocity vertical distribution in water | |
| RU2552852C1 (en) | Device for determination of direction and distance to signal source | |
| RU2626579C2 (en) | Method of measuring distribution of sound speed in liquid mediums |