RU2477490C1 - Method for determining vertical wind profile in atmosphere - Google Patents
Method for determining vertical wind profile in atmosphere Download PDFInfo
- Publication number
- RU2477490C1 RU2477490C1 RU2011127654/28A RU2011127654A RU2477490C1 RU 2477490 C1 RU2477490 C1 RU 2477490C1 RU 2011127654/28 A RU2011127654/28 A RU 2011127654/28A RU 2011127654 A RU2011127654 A RU 2011127654A RU 2477490 C1 RU2477490 C1 RU 2477490C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- profile
- attenuation
- atmosphere
- wind
- wind profile
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Indicating Or Recording The Presence, Absence, Or Direction Of Movement (AREA)
- Optical Radar Systems And Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к дистанционному зондированию атмосферы, к метеорологии.The invention relates to remote sensing of the atmosphere, to meteorology.
Известен способ определения профиля проекций скоростей на направление измерений, основанный на излучении непрерывного немодулированного излучения на двух длинах волн, с различным ослаблением в среде распространения и получения информации о дальности по отношению спектральных плотностей доплеровских сигналов на этих длинах волн [1]. Этот способ ограничен монотонными зависимостями проекции скорости от дальности.A known method for determining the profile of the projections of velocities on the direction of measurement, based on the radiation of continuous unmodulated radiation at two wavelengths, with different attenuation in the propagation medium and obtain information about the range in relation to the spectral densities of Doppler signals at these wavelengths [1]. This method is limited by the monotonic dependences of the velocity projection on the range.
Наиболее близким аналогом является томографический метод определения профиля ветра (по интегральным доплеровским проекциям, полученным вдоль многообразия прямых), описанный в [2], в котором излучается непрерывное немодулированное излучение, регистрируются доплеровские спектры сигнала, рассеянного в обратном направлении, а информацию о высоте Н и соответствующей скорости V получают из полной формы доплеровских спектров, в том числе из сравнения мощности излучения, пришедшего от нижнего слоя рассеивателей, по формуле:The closest analogue is the tomographic method for determining the wind profile (from integral Doppler projections obtained along a straight line) described in [2], in which continuous unmodulated radiation is emitted, Doppler spectra of the signal scattered in the opposite direction are recorded, and information about the height H and corresponding velocity V is obtained from the full form of the Doppler spectra, including from a comparison of the radiation power coming from the lower layer of the scatterers, according to the formula:
где Н - текущая высота,where H is the current height,
V - текущая скорость, соответствующая текущей высоте,V is the current speed corresponding to the current height,
F(h) - известная для конкретной РЛС зависимость принимаемой мощности сигнала от высоты h (которая является известной функцией дальности),F (h) is the dependence of the received signal power on the height h (which is a known range function), known for a specific radar,
А - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров измерительной системы,A is the coefficient of proportionality, depending on the parameters of the measuring system,
S(ν) - спектральная плотность мощности регистрируемого доплеровского сигнала,S (ν) is the spectral power density of the recorded Doppler signal,
V0 - скорость ветра на высоте расположения измерительной системы (на нулевой высоте).V 0 - wind speed at the height of the measuring system (at zero height).
В данном соотношении коэффициент А определяется из условия нормировки по мощности сигнала вдоль всего луча зондирования.In this ratio, coefficient A is determined from the normalization condition for the signal power along the entire sounding beam.
Однако данный метод доплеровской томографии применим лишь при монотонной зависимости проекции измеряемой скорости от высоты V(H) и приводит к большим погрешностям при нарушении этого условия.However, this Doppler tomography method is applicable only if the projection of the measured velocity depends on the height V (H) monotonously and leads to large errors when this condition is violated.
Технический результат предложенного способа заключается в повышении точности измерений за счет использования длин волн с различным ослаблением и поэтапного томографического определения ветра сначала в нижних слоях, а затем в более высоких слоях атмосферы.The technical result of the proposed method is to increase the accuracy of measurements through the use of wavelengths with different attenuation and phased tomographic determination of wind first in the lower layers, and then in the higher layers of the atmosphere.
Для достижения технического результата используют длины волн с ослаблением газами атмосферы. При большом значении коэффициента ослабления вклад верхних слоев атмосферы в ядро F(h) интегрального уравнения (1), существенно ослаблен и относительный вклад верхних слоев в общее значение интеграла становится пренебрежимо мал. Это позволяет производить томографическое определение ветра в нижнем слое. Затем используют сигналы при меньшем ослаблении с высотой и восстанавливают следующие участки высотного профиля V(H), с учетом информации о профиле ветра в нижнем слое.To achieve a technical result, wavelengths with attenuation by atmospheric gases are used. With a large value of the attenuation coefficient, the contribution of the upper layers of the atmosphere to the core F (h) of the integral equation (1) is significantly weakened and the relative contribution of the upper layers to the total value of the integral becomes negligible. This allows tomographic determination of wind in the lower layer. Then, signals are used with less attenuation with height and the following sections of the altitude profile V (H) are restored, taking into account information about the wind profile in the lower layer.
Например, если используют длины волн в полосе поглощения атмосферного кислорода в окрестности 5 мм, то выбором длины волны можно получить ослабление от 14 дБ/км до 0,2 дБ/км. При этом эффективная высота слоя измерений изменяется от 0,1 км до 4 км, соответственно.For example, if wavelengths are used in the atmospheric oxygen absorption band in the vicinity of 5 mm, then attenuation from 14 dB / km to 0.2 dB / km can be obtained by choosing a wavelength. In this case, the effective height of the measurement layer varies from 0.1 km to 4 km, respectively.
Точность томографических измерений в предложенном способе дополнительно повышается за счет того, что вероятность возникновения немонотонного участка V(H) в тонком слое атмосферы существенно ниже, чем во всем слое атмосферы.The accuracy of tomographic measurements in the proposed method is further enhanced due to the fact that the probability of a nonmonotonic section V (H) in a thin layer of the atmosphere is significantly lower than in the entire atmosphere.
На фиг.1 представлен пример немонотонного профиля проекции скорости ветра V(H) на некоторое направление зондирования и последовательность восстановления профиля предложенным способом.Figure 1 presents an example of a nonmonotonic profile projection of the wind speed V (H) on a certain sounding direction and the profile recovery sequence of the proposed method.
Пример реализации метода представлен на фиг.1. Исходный немонотонный профиль проекций ветра V(H) показан сплошной линией. Использование излучения с большим коэффициентом ослабления, например γ1=0,006 м-1, позволяет на основе уравнения (1) восстановить нижнюю часть профиля на участке 1-2, которая на фиг.1 показана пунктиром.An example implementation of the method is presented in figure 1. The initial nonmonotonic wind projection profile V (H) is shown by a solid line. The use of radiation with a large attenuation coefficient, for example, γ 1 = 0.006 m -1 , allows, on the basis of equation (1), to restore the lower part of the profile in section 1-2, which is shown by a dotted line in Fig. 1.
На следующем этапе используется ослабление, например γ2=0,002 м-1, и соответствующий ему доплеровский спектр. С учетом известного профиля на участке 1-2 проводят восстановление участка 2-3 до высот, которые соответствуют данному уровню ослабления γ2. В результате указанной процедуры восстанавливают полный профиль ветра.In the next step, attenuation is used, for example, γ 2 = 0.002 m -1 and the corresponding Doppler spectrum. Given the known profile in section 1-2, the restoration of section 2-3 is carried out to heights that correspond to a given level of attenuation γ 2 . As a result of this procedure, the complete wind profile is restored.
В другом примере, объясняющем альтернативное решение, описанное в формуле, в заданном направлении зондирования используют не различные длины волн с различным коэффициентом ослабления, а одну и ту же длину волны с фиксированным ослаблением, например, γ=0,006 м-1.In another example, which explains the alternative solution described in the formula, not different wavelengths with different attenuation coefficients are used in the given sounding direction, but the same wavelength with fixed attenuation, for example, γ = 0.006 m -1 .
В данном случае изменение вклада рассеивателей, находящихся на высоте Н, в спектр можно регулировать изменением местного угла зондирования β, поскольку дальность заданного слоя меняется как H/sin(β).In this case, the change in the contribution of scatterers at a height of H to the spectrum can be controlled by changing the local sounding angle β, since the range of the given layer changes as H / sin (β).
Ядро интегрального уравнения для волновой зоны РЛС можно представить в видеThe core of the integral equation for the radar wave zone can be represented as
где Н - высота слоя,where H is the height of the layer,
R - дальность до слоя на высоте Н,R is the range to the layer at a height of H,
γ - линейный коэффициент ослабления,γ is the linear attenuation coefficient,
β - угол зондирования.β is the sounding angle.
Из (2) следует, что чем меньше угол β, тем сильнее ослабляется вклад верхних слоев в спектр. Таким образом, использование различных углов места позволяет получить результат, описанный выше, без использования различных длин волн.It follows from (2) that the smaller the angle β, the stronger the weakening of the contribution of the upper layers to the spectrum. Thus, the use of different elevation angles allows you to get the result described above, without using different wavelengths.
Изобретательский уровень предлагаемого технического решения подтверждается отличительной частью формулы изобретения.The inventive step of the proposed technical solution is confirmed by the distinctive part of the claims.
ЛитератураLiterature
1. Стерлядкин В.В. Авторское свидетельство СССР №1795372, кл. G01Р 5/00, 1990.1. Sterdyadkin V.V. USSR copyright certificate No. 1795372, cl. G01P 5/00, 1990.
2. Горелик А.Г., Стерлядкин В.В. Доплеровская томография в радиолокационной метеорологии, Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т.26. №1. С.47-54.2. Gorelik A.G., Sterlyadkin V.V. Doppler tomography in radar meteorology, Izv. USSR Academy of Sciences. Physics of the atmosphere and the ocean. 1990.V.26. No. 1. S.47-54.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011127654/28A RU2477490C1 (en) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | Method for determining vertical wind profile in atmosphere |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2011127654/28A RU2477490C1 (en) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | Method for determining vertical wind profile in atmosphere |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2011127654A RU2011127654A (en) | 2013-01-27 |
RU2477490C1 true RU2477490C1 (en) | 2013-03-10 |
Family
ID=48805234
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2011127654/28A RU2477490C1 (en) | 2011-07-06 | 2011-07-06 | Method for determining vertical wind profile in atmosphere |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2477490C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585793C1 (en) * | 2015-04-06 | 2016-06-10 | Виктор Вячеславович Стерлядкин | Method for determining vertical wind profile in atmosphere |
RU2805031C1 (en) * | 2023-01-09 | 2023-10-10 | Алексей Андреевич Калмыков | Radar tomographic system for measurement of wind flow parameters |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104035096B (en) * | 2014-06-06 | 2017-05-03 | 南京大学 | Vertical wind profile nonlinear inversion method based on Doppler weather radar |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU125398A1 (en) * | 1959-05-23 | 1959-11-30 | Б.Я. Толстобров | Device for measuring and recording average wind speed at given altitudes in the surface layer of the atmosphere |
US4735503A (en) * | 1985-06-05 | 1988-04-05 | Deutsche Forschungs- Und Versuchsanstalt Fur Luft-Und Raumfahrt | Method for determining the direction and speed of wind in the atmosphere |
RU1297599C (en) * | 1985-01-17 | 1993-03-15 | Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср | Method of measuring speed of wind |
-
2011
- 2011-07-06 RU RU2011127654/28A patent/RU2477490C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU125398A1 (en) * | 1959-05-23 | 1959-11-30 | Б.Я. Толстобров | Device for measuring and recording average wind speed at given altitudes in the surface layer of the atmosphere |
RU1297599C (en) * | 1985-01-17 | 1993-03-15 | Институт Оптики Атмосферы Со Ан Ссср | Method of measuring speed of wind |
US4735503A (en) * | 1985-06-05 | 1988-04-05 | Deutsche Forschungs- Und Versuchsanstalt Fur Luft-Und Raumfahrt | Method for determining the direction and speed of wind in the atmosphere |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2585793C1 (en) * | 2015-04-06 | 2016-06-10 | Виктор Вячеславович Стерлядкин | Method for determining vertical wind profile in atmosphere |
RU2805031C1 (en) * | 2023-01-09 | 2023-10-10 | Алексей Андреевич Калмыков | Radar tomographic system for measurement of wind flow parameters |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2011127654A (en) | 2013-01-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
EP2579061B1 (en) | Colored noise reduction method and device for optical remote airflow measurement apparatus | |
JP2012103050A (en) | Method for remote detection of air turbulence, and execution device thereof | |
De Bruin et al. | Displaced-beam small aperture scintillometer test. Part I: The WINTEX data-set | |
Kartashov et al. | Principles of construction and assessment of technical characteristics of multi-frequency atmospheric sodar in the humidity measurement mode | |
US20120078516A1 (en) | Water quality measuring method, water quality measuring device, and water quality measuring program for marine surface layers | |
RU2477490C1 (en) | Method for determining vertical wind profile in atmosphere | |
Ermoshkin et al. | Estimation of the wind-driven wave spectrum using a high spatial resolution coherent radar | |
Puccioni et al. | Spectral correction of turbulent energy damping on wind lidar measurements due to spatial averaging | |
JP2010230613A (en) | Optical type remote airflow measuring instrument | |
Leonard et al. | Experimental remote sensing of subsurface temperature in natural ocean water | |
CN114460602A (en) | Near-formation blind-zone-free atmospheric temperature detection Raman laser radar system and method | |
JP3783058B2 (en) | Method and system for inverse estimation of wave direction spectrum from radar image | |
RU2623668C1 (en) | Method of remote determination of the relative dielectric permeability of the environment under the atmosphere-ocean border | |
Willitsford et al. | Lidar description of the evaporative duct in ocean environments | |
RU2452978C1 (en) | Method of measuring distance to monitored facility | |
RU2548120C1 (en) | Remote determination of surface wind velocity | |
RU2452979C1 (en) | Method of measuring distance to monitored facility | |
RU2585793C1 (en) | Method for determining vertical wind profile in atmosphere | |
RU2780672C1 (en) | Method for determining the meteorological range of visibility in difficult weather conditions | |
RU2404434C2 (en) | Method for remote determination of wind speed over water surface | |
RU2769090C1 (en) | Method and lidar system for operation control of turbulence intensity on the glide path | |
CN115060688A (en) | Full waveguide detection method based on Raman laser radar | |
RU2754770C1 (en) | Method for over-the-horizon target detection | |
RU2118836C1 (en) | Method of single-point distance measurement to electromagnetic radiation sources | |
Blanc | Neutral temperature and electron‐density measurements in the lower E region by vertical HF sounding in the presence of an acoustic wave |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20160707 |