RU2602730C1 - Method of measuring wind speed basing on doppler effect - Google Patents
Method of measuring wind speed basing on doppler effect Download PDFInfo
- Publication number
- RU2602730C1 RU2602730C1 RU2015137342/28A RU2015137342A RU2602730C1 RU 2602730 C1 RU2602730 C1 RU 2602730C1 RU 2015137342/28 A RU2015137342/28 A RU 2015137342/28A RU 2015137342 A RU2015137342 A RU 2015137342A RU 2602730 C1 RU2602730 C1 RU 2602730C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- frequency
- wind speed
- signals
- sequence
- measurement
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
Landscapes
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано для дистанционных методов зондирования атмосферы, в частности измерения скорости, направления и турбулентности ветра в вертикально-горизонтальном срезе атмосферы. Также изобретение может быть использовано в гидролокации.The invention relates to electronic equipment and can be used for remote sensing methods of the atmosphere, in particular measuring the speed, direction and turbulence of the wind in a vertical-horizontal section of the atmosphere. Also, the invention can be used in sonar.
Давно известны измерения скорости и направления ветра в атмосфере, см., например, Н.А. Зайцева “Аэрология”, Ленинград, гидрометиоиздат, 1990, стр. 46-42. Здесь используются аэрологические зонды (АРЗ) и наземные радиолокаторы.Measurements of wind speed and direction in the atmosphere have long been known, see, for example, N.A. Zaitseva “Aerology”, Leningrad, hydromethioisdate, 1990, pp. 46-42. Aerological probes (ARZ) and ground-based radars are used here.
Современными методами измерения являются использование спутниковых навигационных радиосистем (СНРС) GPS и ГЛОНАСС, приемники которых расположены на борту АРЗ и передают координаты полета на наземную базовую станцию (РЛС), по изменению которых судят о силе ветра, его направлении и турбулентности, см. патент РФ №2480791.Modern methods of measurement are the use of satellite navigation systems (GPS) GPS and GLONASS, the receivers of which are located on board the ARZ and transmit flight coordinates to the ground base station (radar), by the change of which they judge the strength of the wind, its direction and turbulence, see RF patent No. 2480791.
Эти два способа обладают двумя основными недостатками:These two methods have two main disadvantages:
- требует АРЗ и довольно дорогого приемника СНРС,- requires ARZ and a rather expensive receiver SNRS,
- в условиях очень сильных нисходящих ветровых потоков наблюдаемых в Сибири, Арктике и Антарктике, при которых скорость ветра достигает 300-400 км/час, истинная скорость ветра (с учетом подъемной силы АРЗ) будет измерена с довольно большой ошибкой.- in conditions of very strong descending wind flows observed in Siberia, the Arctic and Antarctic, at which the wind speed reaches 300-400 km / h, the true wind speed (taking into account the lifting force of the ARZ) will be measured with a rather large error.
Общей проблемой измерения истинной скорости ветра, которая необходима для полетов самолетов и вертолетов и при ракетных, в том числе космических, и артиллерийских стрельбах, является удешевление измерений и повышение точности измерений, так, по требованиям аэрокосмической отрасли РФ измерение скорости ветра в горизонтальной и вертикальной плоскостях должно быть не хуже 0,1 м/сек, а ошибка измерения в градусах по азимуту и углу цели не хуже 1° относительно меридиана.A common problem in measuring the true wind speed, which is necessary for flights of planes and helicopters and during rocket, including space, and artillery firing, is the cheapening of measurements and improving the accuracy of measurements, for example, according to the requirements of the aerospace industry of the Russian Federation, measuring wind speed in horizontal and vertical planes should not be worse than 0.1 m / s, and the measurement error in degrees in azimuth and target angle is not worse than 1 ° relative to the meridian.
Известен способ определения скорости ветра, основанный на обнаружении сигналов с известной доплеровской частотой на фоне белого шума с многоканальной структурой для оценки параметров с одного радиолокационного импульса, см. “Известия ВУЗов. Радиоэлектроника”, 2014 г. “О РЕЗУЛЬТАТАХ МОДЕЛИРОВАНИЯ МНОГОКАНАЛЬНОГО РАДИОЛОКАЦИОННОГО ОБНАРУЖИТЕЛЯ.” Бычков В.Е., Мрачковский О.Д., Правда В.И.A known method of determining wind speed, based on the detection of signals with a known Doppler frequency against a background of white noise with a multi-channel structure for estimating parameters from a single radar pulse, see “Proceedings of universities. Radioelectronics ”, 2014.“ ON THE RESULTS OF MODELING A MULTI-CHANNEL RADAR DETECTOR. ”Bychkov V.E., Mrachkovsky OD, Pravda V.I.
Недостаток: схемотехническая сложность из-за наличия большого количества каналов, до нескольких десятков, следовательно, и высокая себестоимость.Disadvantage: circuitry complexity due to the presence of a large number of channels, up to several tens, therefore, high cost.
Также известен способ измерения скорости ветра, см. “Научный вестник МГТУ ГА” 2012 г. “ПЕРСПЕКТИВЫ КООРДИНАТНО-ДОПЛЕРОВСКОГО МЕТОДА ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ТОЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА В АТМОСФЕРЕ.” Г.П. Трифонов.Also known is a method of measuring wind speed, see “Scientific Bulletin of MSTU GA” 2012. “PROSPECTS FOR THE COORDINATE-DOPLER METHOD FOR INCREASING THE ACCURACY OF MEASURING WIND SPEED IN THE ATMOSPHERE.” G.P. Trifonov.
Недостатки: способ требует применения АРЗ и дополнительно к нему уголкового отражателя, прикрепленного к корпусу АРЗ, а также все равно наличия наземной РЛС сопровождения.Disadvantages: the method requires the use of ARZ and in addition to it an angular reflector attached to the housing of the ARZ, as well as the presence of ground-based radar tracking.
Известны метеорологические радиолокационные станции, работающие на эффекте Доплера (далее МРЛ), например, WSR-88D в рамках программы NEXRAD США, см. Р. Довиан, Д. Зрнич, книга “Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения”, Ленинград, Гидрометеоиздат, 1988, стр. 10-14, также см. распечатку стр. 13 “Радиолокационный способ измерения скорости ветра”.Known meteorological radar stations operating on the Doppler effect (hereinafter referred to as SID), for example, WSR-88D in the framework of the US NEXRAD program, see R. Dovian, D. Zrnich, book “Doppler radars and meteorological observations”, Leningrad, Gidrometeoizdat, 1988, p. 10-14, also see printout p. 13 “Radar method for measuring wind speed”.
Наиболее близким техническим решением является MP Л Meteor 1500 с также в рамках NEXRAD, в котором передатчик и приемник всегда работает на одном и том же фазовом эталоне как базис высокоточной доплеровской обработки. Этот МРЛ позволяет отслеживать скорость ветра, поворот ветра, турбулентность или сдвиг ветра. Источник информации см. выше.The closest technical solution is the MP L Meteor 1500, also within the NEXRAD framework, in which the transmitter and receiver always work on the same phase reference as the basis for high-precision Doppler processing. This MRL allows you to track wind speed, wind rotation, turbulence or wind shear. Source of information see above.
Недостатки: большая погрешность определения скорости ветра, минимальное разрешение по дальности G2.5M.Disadvantages: a large error in determining wind speed, the minimum range resolution G2.5M.
Технической задачей изобретения является повышение точности измерения при минимальных ГМХ.An object of the invention is to improve the measurement accuracy with minimal GMC.
Технический результат достигается за счет построения измерения на основе фазокодомодулированных сигналов.The technical result is achieved by constructing a measurement based on phase-modulated signals.
Для решения поставленной задачи предлагается.To solve the problem is proposed.
Способ измерения скорости ветра на основе эффекта Доплера с применением фазокодомодулированных сигналов, отличающийся тем, что имеет следующую последовательность действий: вырабатывается частота излучения колебаний , которые бинарно модулированы по фазе псевдослучайной последовательностью длительностью T с элементарным сигналом , причем где N - это дискретность посылок измерения во времени, одновременно вырабатывается аналогичный сигнал со смещением по частоте , т.е. вида , входные отраженные сигналы имеют вид по частоте и смешиваются с сигналами , после чего восстанавливаются фильтром синхронно с N-канальной последовательностью вида 1-N и результаты этих операций оцениваются по заданному алгоритму, причем выделяемые частоты пропорциональны скоростям ветра.A method of measuring wind speed based on the Doppler effect using phase-modulated signals, characterized in that it has the following sequence of actions: an oscillation frequency is generated which are binary phase modulated by a pseudo-random sequence of duration T with an elementary signal , and where N is the discreteness of the measurement bursts in time; at the same time, a similar signal with a frequency offset is generated , i.e. kind of , the input reflected signals have the form of frequency and mixed with signals , after which they are restored by the filter synchronously with an N-channel sequence of the form 1-N and the results of these operations are evaluated according to a given algorithm, and the frequencies allocated proportional to wind speeds.
На чертеже представлена структурная схема устройства, реализующая данный способ, на которой изображено:The drawing shows a structural diagram of a device that implements this method, which shows:
В - передающий каналB - transmitting channel
С - приемный каналC - receiving channel
Д - обрабатывающий каналD - processing channel
1. генератор тактовой частоты 1. clock generator
2. генератор псевдослучайной последовательности (ГПП)2. pseudo-random sequence generator (GLP)
3. модулятор3. modulator
4. генератор опорной частоты 4. reference frequency generator
5. регистр сдвига5. shift register
6. восстановительные фильтры (1…N)6. recovery filters (1 ... N)
7. первый смеситель 7. first mixer
8. второй смеситель8. second mixer
9. решающее устройство9. solver
10. приемный усилитель10. receiving amplifier
11. передающий усилитель11. transmitting amplifier
12. генератор 12. generator
А1. излучающая антеннаA1. radiating antenna
А2. приемная антеннаA2. receiving antenna
Электрическая структурная схема по данному способу имеет следующие соединения.The electrical block diagram of this method has the following connections.
Выход генератора тактовой частоты 1 соединен с синхровходами ГПП 2 и регистра сдвига 5.The output of the
Выход ГПП 2 соединен с первым входом модулятором 3 и с сигнальным входом регистра сдвига 5.The output of the
Выход генератора 4 опорной частоты соединен с вторым входом модулятора 3 и через первый смеситель 7 с первым входом второго смесителя 8, с вторым входом которого соединен выход усилителя 10, а выход второго сумматора 8 соединен с сигнальными входами восстановительного фильтра 6, с задающими входами которого соединены выходы 1-N регистра 5.The output of the
Выход генератора 12 соединен с вторым входом первого смесителя 7 и с входами восстановителя фазы 6.The output of the generator 12 is connected to the second input of the
Выход восстановительного фильтра 6 соединен с РУ 9, выходы которого являются выходами устройства. Выход модулятора 3 через усилитель 11 нагружен на передающую антенну А1.The output of the recovery filter 6 is connected to the RU 9, the outputs of which are the outputs of the device. The output of the
Устройство по данному способу работает следующим образом.The device according to this method works as follows.
Передающий канал вырабатывает псевдослучайную последовательность генератором ГПП 2, которая синхронизирована тактовой частотой , эта последовательность поступает на модулятор фазы 3, где модулирует опорную частоту , поступающую на этот модулятор, выход которого через усилитель 11 поступает на излучающую антенну А1, где в виде фазокодомодулированного сигнала (ФКМС 1) излучается в пространство с частотой .The transmitting channel generates a pseudo-random sequence by the
Приемный канал С принимает через антенну А2 частоту излучения с частотой , которая в виде ФКМС 2 через усилитель 10 поступает на вход 2 второго смесителя 8, на первый вход которого поступает частота с выхода первого смесителя 7. Эта результирующая частота с выхода второго смесителя поступает на обрабатывающий канал Д.The receiving channel C receives the radiation frequency through the antenna A2 with frequency , which in the form of
Обрабатывающий канал Д включает в себя регистр сдвига 5, N канальный восстановитель фазы 6 и решающее устройство 9 (РУ).The processing channel D includes a
С генератора ГПП 2 передающего канала В псевдослучайная последовательность поступает на сигнальный вход регистра сдвига 5, синхронизируется частотой и на выходах регистра получаем 1-N последовательно сдвинутых сигналов, которые поступают на первые выходы 1-N восстановителей фазы 6, на вторые входы 1-N которого поступают сигналы с второго смесителя 8. На выходах 1-N восстановителей фазы 6 получаем частоту , которая обрабатывается РУ 9, убирая частоту и выделяя тем самым последовательно 1-N частот Доплера, которые и несут необходимую информацию о скорости ветра.From the
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015137342/28A RU2602730C1 (en) | 2015-09-01 | 2015-09-01 | Method of measuring wind speed basing on doppler effect |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015137342/28A RU2602730C1 (en) | 2015-09-01 | 2015-09-01 | Method of measuring wind speed basing on doppler effect |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2602730C1 true RU2602730C1 (en) | 2016-11-20 |
Family
ID=57760190
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015137342/28A RU2602730C1 (en) | 2015-09-01 | 2015-09-01 | Method of measuring wind speed basing on doppler effect |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2602730C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6634600B2 (en) * | 2000-08-02 | 2003-10-21 | Alcatel | Satellite constellation for measuring atmospheric wind speeds using doppler lidar |
RU121379U1 (en) * | 2012-02-17 | 2012-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Лазерные системы" | DEVICE FOR REMOTE WIND SPEED MEASUREMENT |
RU2468387C1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-27 | Государственное Учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" | Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift |
CN104345319A (en) * | 2014-10-12 | 2015-02-11 | 中国海洋大学 | Error correction method of wind speed by incoherent Doppler laser radar |
-
2015
- 2015-09-01 RU RU2015137342/28A patent/RU2602730C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US6634600B2 (en) * | 2000-08-02 | 2003-10-21 | Alcatel | Satellite constellation for measuring atmospheric wind speeds using doppler lidar |
RU2468387C1 (en) * | 2011-05-06 | 2012-11-27 | Государственное Учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" | Device for measuring vertical component of wind velocity for detecting wind shift |
RU121379U1 (en) * | 2012-02-17 | 2012-10-20 | Общество с ограниченной ответственностью Научно-производственное предприятие "Лазерные системы" | DEVICE FOR REMOTE WIND SPEED MEASUREMENT |
CN104345319A (en) * | 2014-10-12 | 2015-02-11 | 中国海洋大学 | Error correction method of wind speed by incoherent Doppler laser radar |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US2837738A (en) | Passive range measuring device | |
CN114706063A (en) | Method in a radar system, radar system or arrangement of radar systems | |
US20110273324A1 (en) | Continuous high-accuracy locating method and apparatus | |
CN104076362B (en) | A kind of railroad train runs security radar | |
EP3234637A1 (en) | Short-ragne obstacle detection radar using stepped frequency pulse train | |
RU2496120C2 (en) | Multifunctional multirange scalable radar system for aircraft | |
CN110988862A (en) | Sensing method and system based on ultra-close distance millimeter wave radar | |
KR101785684B1 (en) | External calibration method of scatterometer system for ocean parameters monitoring using internal time delay | |
CN103900616A (en) | Tacan simulator metering method and Tacan simulator metering device | |
CN103954937B (en) | A kind of wide region High-precision Microwave range radar design method | |
RU2626380C1 (en) | Selection system of moving targets with measurement of range, radial velocity and direction of motion | |
RU2679597C1 (en) | Pulse-doppler airborne radar station operating method during detecting of air target - carrier of radio intelligence and active interference stations | |
CN107765239A (en) | A kind of design and implementation method of economical short distance range radar | |
RU2562614C1 (en) | Method of simulating radar targets | |
RU2429990C1 (en) | Multifunction high-resolution radar with active phase-aerial for manned aircraft and drones | |
RU2540982C1 (en) | Method of determining coordinates of targets (versions) and system therefor (versions) | |
RU2525343C1 (en) | Method for simultaneous determination of six motion parameters of spacecraft when making trajectory measurements and system for realising said method | |
RU2696274C1 (en) | Small-size multi-mode on-board radar system for equipping promising unmanned and helicopter systems | |
RU2602730C1 (en) | Method of measuring wind speed basing on doppler effect | |
RU2602274C1 (en) | Radar method and device for remote measurement of full velocity vector of meteorological object | |
RU2510685C2 (en) | Synthetic-aperture and quasicontinuous radiation radar station | |
US2891246A (en) | Beacon system | |
JP2008008843A (en) | Radio wave altitude and velocity measuring device and altitude and velocity measuring technique using radio wave | |
RU2539334C1 (en) | System for electronic jamming of radio communication system | |
Pascual et al. | The microwave interferometric reflectometer. Part II: Back-end and processor descriptions |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180902 |