RU2604169C1 - Способ измерения скорости ветра - Google Patents
Способ измерения скорости ветра Download PDFInfo
- Publication number
- RU2604169C1 RU2604169C1 RU2015122348/28A RU2015122348A RU2604169C1 RU 2604169 C1 RU2604169 C1 RU 2604169C1 RU 2015122348/28 A RU2015122348/28 A RU 2015122348/28A RU 2015122348 A RU2015122348 A RU 2015122348A RU 2604169 C1 RU2604169 C1 RU 2604169C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- range
- signal
- channel
- frequency
- doppler
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
- G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
- G01S13/95—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for meteorological use
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01P—MEASURING LINEAR OR ANGULAR SPEED, ACCELERATION, DECELERATION, OR SHOCK; INDICATING PRESENCE, ABSENCE, OR DIRECTION, OF MOVEMENT
- G01P5/00—Measuring speed of fluids, e.g. of air stream; Measuring speed of bodies relative to fluids, e.g. of ship, of aircraft
-
- 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
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- Radar, Positioning & Navigation (AREA)
- Remote Sensing (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
- Aviation & Aerospace Engineering (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Изобретение относится к способам дистанционных исследований атмосферы, основанных на использовании эффекта Доплера и применении фазоманипулированных сигналов, и может быть использовано для измерения скорости ветра. Сущность: при реализации способа применяют устройство, содержащее задающий, приемный каналы (1, 2 соответственно) и канал (3) выбора дальности. При этом задающий канал (1) вырабатывает частоту излучения колебаний
, которые бинарно манипулированы по фазе псевдослучайной последовательностью длительностью Т с элементарным сигналом
. Причем
, где
- дискретность посылок измерения во времени. Одновременно в задающем канале (1) вырабатывается аналогичный сигнал со смещением по частоте
, то есть вида
. Входной отраженный сигнал имеет вид по частоте
. Входной отраженный сигнал перемножается в первом случае с выходным сигналом
дальности, а во втором случае -
дальности +
, тем самым для выбранной дальности
задержки устраняется манипуляция по фазе и вырабатываются непрерывные сигналы. После перемножения сигналы формируются и интегрируются их огибающие по частотам
за время не менее длительности Т. После этого определяется канал с максимальной амплитудой сигнала максимальной доплеровской частоты, соответствующей скорости ветра на выбранном расстоянии. Технический результат: измерение скорости ветра. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Description
Изобретение относится к радиоэлектронной технике и может быть использовано для дистанционных методов зондирования атмосферы, в частности измерение скорости, направления и турбулентности ветра в вертикально-горизонтальном срезе атмосферы. Также изобретение может быть использовано в гидролокации.
Давно известны измерения скорости и направления ветра в атмосфере (см. например, Н.А. Зайцева "Аэрология", Л.: Гидрометиоиздат, 1990, стр. 36-42). Здесь используются аэрологические зонды (АРЗ) и наземные радиолокаторы.
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 и турбулентност. патент РФ №2480791, по этим координатам (их изменениям) и судят о скорости, направлении и ветра.
Эти два способа обладают двумя основными недостатками:
- требует АРЗ и довольно дорогого приемника СНРС;
- в условиях очень сильных нисходящих ветровых потоках, 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.
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.
Известны метеорологические радиолокационные станции, работающие на эффекте Доплера (далее MP Л), например, WSR-88D в рамках программы NEXRAD США, см. Р. Довиан, Д. Зрнич, книга "Доплеровские радиолокаторы и метеорологические наблюдения". -Л.: Гидрометиоиздат, 1988, стр. 10-14, также см. распечатку стр. 13 "Радиолокационный способ измерения скорости ветра".
Наиболее близким техническим решением является МРЛ Meteor 1500 также в рамках NEXRAD, в котором передатчик и приемник всегда работают 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.
Недостатки: большая погрешность определения скорости ветра, минимальное разрешение по дальности G2.5M.
Технический результат достигается за счет построения измерения на основе фазоманипулированных сигналов.
Для решения поставленной задачи предлагается в способе измерения скорости ветра, основанном на использовании эффекта Доплера с применением фазоманипулированных сигналов, использовать задающий, приемный каналы и канал выбора дальности, осуществляя при этом следующие действия: задающий канал вырабатывает частоту излучения колебаний ƒ0, которые бинарно манипулированы по фазе псевдослучайной последовательностью длительностью Т с элементарным сигналом ТЭ, причем Т/ТЭ=N*, где N* - это дискретность посылок измерения во времени, одновременно в этом канале вырабатывается аналогичный сигнал со смещением по частоте ƒ0+ƒСМ, т.е. вида ФМN(ƒ0+ƒCM), входной отраженный сигнал имеет вид по частоте ƒ0+ƒдоплера, который перемножается в первом случае с выходным сигналом τ дальности, а во втором случае - τ дальности
, т.е. для выбранной дальности τ задержки устраняется манипуляция по фазе и вырабатываются непрерывные сигналы, затем эти сигналы формируются и интегрируются их огибающие по частотам ƒCM+ƒдоплера за время не менее длительности Т, после чего определяется канал с максимальной амплитудой сигнала максимальной доплеровской частоты, соответствующей скорости ветра на выбранном расстоянии. Более того, в канале выбора дальности вырабатываются опорные квадратурные сигналы с частотой ƒ0+ƒCM при сдвиге начала генерации псевдослучайной последовательности на задержку τ, соответствующую выбранной дальности.
На чертеже предоставлена структурная схема устройства, реализующая данный способ, на которой изображено:
1 - задающий канал
2 - приемный канал
3 - канал выбора дальности (КВД)
4 - передатчик
5 - генератор ВЧ с модулятором
6 - генератор псевдослучайной последовательности (ГПП) 1, -1, 1. -1, 1, 1…
7 - усилитель радиочастоты (УРЧ)
8 и 9 - перемножители
10 - сумматор квадратурных сигналов
11÷13 - фильтры, интегрирующие огибающую принятого сигнала на частотах fсм+fдопл (фильтры - интеграторы со сбросом)
14 - решающее устройство (РУ), в общем случае - микропроцессор
15, 16 - блоки задержки опорного сигнала и его квадратурной обработки
Электрическая структурная схема по данному способу имеет следующие соединения.
Передающий канал №1: выход генератора ГПП6 через генератор ГВЧ5 и передатчик 4 соединен с первой передающей антенной А1, одновременно выход ГПП5 соединен с вторыми входами фильтров Ф1÷ФN 11-13, второй выход ГВЧ5 соединен с блоками задержки сигналов 15 и 16.
Приемный канал 2: выход приемной антенны А2 через УРЧ7 соединен с первыми выходами перемножителей 8 и 9 соединены с сумматором 10 квадратурных сигналов, выход М которого соединен с первыми входами фильтров интеграторов Ф1-ФN 11-13, выход последних через детекторы D1-DN (на чертеже условно показаны как диоды) соединены с решающим устройством РУ14, выход которого является выходом схемы.
Схема по данному способу работает следующим образом.
Генератор ГПП6 генерирует псевдослучайную последовательность, например, 1, -1, 1, -1, 1, 1, поступающую на ГВЧ5, который этой последовательностью посредством своего модулятора (на схеме условно не показан) вырабатывает бинарно фазоманипулируемый сигнал ФМн fo, где fo - несущая частота генератора.
Этот фазоманипулированный сигнал с первого выхода ГВЧ5 через передатчик 4 и передающую антенну А1 излучается сигналом ФМн fизл.
Одновременно с второго выхода ГВЧ5 сдвинутый по частоте сигнал fo+fсм поступает в канал выбора дальности 3, который вырабатывает опорные квадратурные сигналы с fo+fсм и вводит сдвиг начала сигналов ГПП5 на задержку, соответствующую выбранной дальности, а также производит его квадратурную обработку.
Отраженный радиолокационный сигнал поступает на вторую антенну А2 (приемную, строго говоря антенны А1 и А2 можно совмещать, т.е. будет одна антенна, но тогда нужен циркулятор, переключающий антенну с передачи на прием) в виде fизл+fдопл. и через УРЧ7 поступает на первые входы: перемножителей корреляторов 8 и 9, на вторые входы которых поступают сигналы с КВДЗ с блоков задержки 15 и 16 соответственно.
На выходе перемножителей 8 и 9 сигналы получаются в виде fсм+fдопл. и fсм+fдопл+ соответственно. Перемножители 8 и 9 устраняют манипуляцию по фазе у сигнала выбранной дальности, а остальные отраженные сигналы остаются фазоманипулированными. Затем сигналы с перемножителей поступают на сумматор 10, с выхода которого этот суммарный сигнал поступает на первые входы всех фильтров- интеграторов со сбросом Ф1…ФN, на вторые входы которых поступают сигналы той же псевдослучайной последовательности с ГПП6 уже тактовой частотой, а на их выходах получаем т.о. следующие сигналы: на выходе Ф1-fсм+fдопл1, на Ф2-fсм+fдопл2 и т.д. до ФN-fсм+fдоплN.
Сигналы со всех выходов Ф1…ФN детектируются и поступают на решающее устройство 14, которое из всех поступающих сигналов выбирает максимальный по амплитуде в момент окончания интегрирования, следовательно, на его выходе имеем номер канала, соответствующий частоте Доплера, а отсюда по программному обеспечению (СПО) рассчитывается дальность и скорость ветра, дополнительно по РЛС известен азимут и курсовой угол.
Claims (2)
1. Способ измерения скорости ветра, основанный на использовании эффекта Доплера с применением фазоманипулированных сигналов, отличающийся тем, что в нем используют задающий, приемный каналы и канал выбора дальности, при этом последовательность действий следующая: задающий канал вырабатывает частоту излучения колебаний ƒ0, которые бинарно манипулированы по фазе псевдослучайной последовательностью длительностью Т с элементарным сигналом ТЭ, причем Т/ТЭ=N*, где N* - это дискретность посылок измерения во времени, одновременно в этом канале вырабатывается аналогичный сигнал со смещением по частоте ƒ0+ƒСМ, т.е. вида ФМN(ƒ0+ƒCM), входной отраженный сигнал имеет вид по частоте ƒ0+ƒдоплера, который перемножается в первом случае с выходным сигналом τ дальности, а во втором случае - τ дальности, т.е. для выбранной дальности τ задержки устраняется манипуляция по фазе и вырабатываются непрерывные сигналы, затем эти сигналы формируются и интегрируются их огибающие по частотам ƒCM+ƒдоплера за время не менее длительности Т, после чего определяется канал с максимальной амплитудой сигнала максимальной доплеровской частоты, соответствующей скорости ветра на выбранном расстоянии.
2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в канале выбора дальности вырабатываются опорные квадратурные сигналы с частотой ƒ0+ƒCM при сдвиге начала генерации псевдослучайной последовательности на задержку τ, соответствующую выбранной дальности.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015122348/28A RU2604169C1 (ru) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | Способ измерения скорости ветра |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2015122348/28A RU2604169C1 (ru) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | Способ измерения скорости ветра |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2604169C1 true RU2604169C1 (ru) | 2016-12-10 |
Family
ID=57776938
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2015122348/28A RU2604169C1 (ru) | 2015-06-10 | 2015-06-10 | Способ измерения скорости ветра |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2604169C1 (ru) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2786132C1 (ru) * | 2022-02-07 | 2022-12-19 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Способ формирования и обработки радиолокационных сигналов в импульсно-доплеровской метеорологической рлс |
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2017169C1 (ru) * | 1992-04-24 | 1994-07-30 | Воронец Игорь Васильевич | Способ дистанционного измерения скорости и направления ветра |
RU2449311C1 (ru) * | 2010-09-28 | 2012-04-27 | Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН | Способ дистанционного измерения скорости и направления ветра |
RU2013120382A (ru) * | 2013-04-30 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук | Способ дистанционного измерения скорости и направления ветра |
-
2015
- 2015-06-10 RU RU2015122348/28A patent/RU2604169C1/ru not_active IP Right Cessation
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2017169C1 (ru) * | 1992-04-24 | 1994-07-30 | Воронец Игорь Васильевич | Способ дистанционного измерения скорости и направления ветра |
RU2449311C1 (ru) * | 2010-09-28 | 2012-04-27 | Учреждение Российской академии наук Институт прикладной астрономии РАН | Способ дистанционного измерения скорости и направления ветра |
RU2013120382A (ru) * | 2013-04-30 | 2014-11-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной астрономии Российской академии наук | Способ дистанционного измерения скорости и направления ветра |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2786132C1 (ru) * | 2022-02-07 | 2022-12-19 | Акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения | Способ формирования и обработки радиолокационных сигналов в импульсно-доплеровской метеорологической рлс |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10613195B2 (en) | Radar apparatus and radar method | |
CN104237877B (zh) | 机载型自主式测速测高雷达系统及测速测高方法 | |
CN108833071B (zh) | 一种相位同步方法和装置 | |
JP6558918B2 (ja) | マルチスタティックfmcwレーダーを用いるマイナス擬似レンジ処理 | |
CN110462430B (zh) | 雷达装置 | |
CN104020454B (zh) | 利用发射泄露对太赫兹fmcw成像雷达实时校正的方法 | |
WO2007020704A1 (ja) | 目標物検出方法及び目標物検出装置 | |
US20110273324A1 (en) | Continuous high-accuracy locating method and apparatus | |
JP4899937B2 (ja) | Fmcw方式合成開口レーダ、偏流角検出方法、プログラムおよび記憶媒体 | |
EP2182375A1 (en) | A combined direction finder and radar system, method and computer program product | |
EP3081964A1 (en) | Method and system for detecting geological structure of extraterrestrial solid celestial body by employing single transmitting and multi-receiving radar | |
EP3561539B1 (en) | Angular resolution of targets using separate radar receivers | |
US3334344A (en) | Doppler radar altimeter | |
CN104267401A (zh) | 线性阵列天线同时mimo-sar成像系统和方法 | |
RU2496120C2 (ru) | Многофункциональная многодиапазонная масштабируемая радиолокационная система для летательных аппаратов | |
WO2020165604A1 (en) | Techniques for determining geolocations | |
JP5104425B2 (ja) | 距離測定方法及び距離測定装置 | |
RU2604169C1 (ru) | Способ измерения скорости ветра | |
JP4893883B2 (ja) | 電波高度速度測定装置及び電波を用いた高度速度測定方法 | |
RU2510685C2 (ru) | Радиолокационная станция с синтезированием апертуры и квазинепрерывным излучением | |
RU2589036C1 (ru) | Радиолокатор с непрерывным шумовым сигналом и способ расширения диапазона измеряемых дальностей в радиолокаторе с непрерывным сигналом | |
RU2444026C1 (ru) | Радиолокационная станция судовой навигации | |
JP4195670B2 (ja) | 送信波の位相制御方法と装置 | |
RU2602730C1 (ru) | Способ измерения скорости ветра на основе эффекта доплера | |
US3614779A (en) | Radar target identification system |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180611 |