RU2811805C1 - Landing meteorological kit (options) - Google Patents
Landing meteorological kit (options) Download PDFInfo
- Publication number
- RU2811805C1 RU2811805C1 RU2023101633A RU2023101633A RU2811805C1 RU 2811805 C1 RU2811805 C1 RU 2811805C1 RU 2023101633 A RU2023101633 A RU 2023101633A RU 2023101633 A RU2023101633 A RU 2023101633A RU 2811805 C1 RU2811805 C1 RU 2811805C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- meteorological
- landing
- computing device
- block
- Prior art date
Links
- 238000005259 measurement Methods 0.000 claims abstract description 16
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract 1
- 239000010410 layer Substances 0.000 description 9
- 238000000034 method Methods 0.000 description 9
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 9
- 239000002344 surface layer Substances 0.000 description 7
- 238000001514 detection method Methods 0.000 description 5
- 230000010287 polarization Effects 0.000 description 4
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 4
- 244000309464 bull Species 0.000 description 3
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 description 3
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 3
- SDIXRDNYIMOKSG-UHFFFAOYSA-L disodium methyl arsenate Chemical compound [Na+].[Na+].C[As]([O-])([O-])=O SDIXRDNYIMOKSG-UHFFFAOYSA-L 0.000 description 3
- 238000006243 chemical reaction Methods 0.000 description 2
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 2
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 2
- 238000001228 spectrum Methods 0.000 description 2
- 238000012549 training Methods 0.000 description 2
- 235000014676 Phragmites communis Nutrition 0.000 description 1
- 239000000443 aerosol Substances 0.000 description 1
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 239000011093 chipboard Substances 0.000 description 1
- 230000025518 detection of mechanical stimulus involved in sensory perception of wind Effects 0.000 description 1
- 238000001914 filtration Methods 0.000 description 1
- 230000006870 function Effects 0.000 description 1
- 230000006698 induction Effects 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 239000000463 material Substances 0.000 description 1
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 description 1
- 238000010606 normalization Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000011022 operating instruction Methods 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 210000000056 organ Anatomy 0.000 description 1
- 230000001902 propagating effect Effects 0.000 description 1
- 238000002310 reflectometry Methods 0.000 description 1
- 230000018102 sensory perception of wind Effects 0.000 description 1
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 description 1
- 230000000007 visual effect Effects 0.000 description 1
Images
Abstract
Description
Изобретение относится к наземным аппаратным средствам акустического дистанционного зондирования нижних слоев атмосферы и может быть использовано для получения информации о скорости и направлении ветра в приборах метеорологического обеспечения десантирования.The invention relates to ground-based hardware for acoustic remote sensing of the lower layers of the atmosphere and can be used to obtain information about wind speed and direction in meteorological support devices for landing.
Известны требования к метеорологическому обеспечению при совершении десантирования и средства применимые для этого [1].The requirements for meteorological support during landings and the means applicable for this are known [1].
Прыжки с десантными парашютными системами из самолетов и вертолетов разрешается проводить при метеорологических условиях, определенных в таблице 1.Jumps with landing parachute systems from airplanes and helicopters are permitted under the meteorological conditions specified in Table 1.
Руководитель десантирования обязан знать фактическую метеорологическую обстановку в районах аэродрома.The landing director must know the actual meteorological situation in the airfield areas.
На площадке приземления до начала десантирования руководитель прыжков обязан уточнить у руководителя выброски фактические метеорологические условия в районе площадки приземления.At the landing site, before the start of the landing, the jump director is obliged to check with the landing director about the actual meteorological conditions in the area of the landing site.
В период десантирования руководитель прыжков обязан запретить (прекратить) выброску в случае изменения значений элементов метеорологических условий более допустимых.During the landing period, the jump director is obliged to prohibit (stop) the drop if the values of the elements of meteorological conditions change more than acceptable.
В перечень материального обеспечения наряда по руководству и обеспечению десантирования личного состава на площадке приземления входит десантный метеокомплект (ДМК).The list of material support for the squad for managing and ensuring the landing of personnel at the landing site includes a landing meteorological kit (DMK).
Известны методы определения скорость и направления ветра [2]. Контактные методы сводятся к помещению в поток первичных преобразователей (анемометров различного типа), которые преобразуют скорость ветра в другую величину, измерение которой менее затруднительно. Ротоанемометры скорость ветра преобразуется в угловую скорость вращения чашечной вертушки или винта. В индукционных анемометрах мерой скорости ветра является амплитуда генерируемого тока от вращения чашечной вертушки или винта. А в импульсных анемометрах мерой скорости ветра является частота импульсов, генерируемая магнитным герконом или фотоэлектрическим модулятором от вращения чашечной вертушки или винта.There are known methods for determining wind speed and direction [2]. Contact methods come down to placing primary transducers (various types of anemometers) in the flow, which convert the wind speed into another value, the measurement of which is less difficult. Rotoanemometers convert wind speed into the angular speed of rotation of a cup spinner or propeller. In induction anemometers, the measure of wind speed is the amplitude of the current generated from the rotation of a pinwheel or screw. And in pulse anemometers, the measure of wind speed is the pulse frequency generated by a magnetic reed switch or photoelectric modulator from the rotation of a pinwheel or screw.
Бесконтактные методы измерения скорости ветра можно разделить на оптические (другое название лазерные, также известные в литературе под английской аббревиатурой «LiDAR» от Light Detection and Ranging или под транслитерацией английской аббревиатуры «лидар»), акустические и радиолокационные. Эти методы основаны на излучении волн в пространство, которые при распространении через атмосферу рассеиваются в обратном направлении, принимаются и обрабатываются.Non-contact methods for measuring wind speed can be divided into optical (another name is laser, also known in the literature under the English abbreviation “LiDAR” from Light Detection and Ranging or under the transliteration of the English abbreviation “lidar”), acoustic and radar. These methods are based on the emission of waves into space, which, when propagating through the atmosphere, are scattered in the opposite direction, received and processed.
Известен допплеровский метеорологический радиолокатор «ДМРЛ-С» [3], содержащий последовательно соединенные формирователь пачек разночастотных узкополосных и широкополосных зондирующих сигналов, усилительный широкополосный передатчик, устройство поляризации СВЧ сигналов, антенный переключатель, антенну. Антенный переключатель содержит два СВЧ циркулятора, соединенные по сигналам зондирования с приемо-передающей антенной и по отраженным метеорологическим сигналам с четырехканальным радиоприемником. Цифровой выход радиоприемника соединен с ЭВМ управления и обработки метеорологических сигналов. В состав ЭВМ управления и обработки метеорологических сигналов входит устройство цифровой обработки метеосигналов, блок управления и первичной обработки метеосигналов.A known Doppler weather radar “DMRL-S” [3] contains a series-connected generator of packets of multi-frequency narrow-band and wide-band sounding signals, an amplifying broadband transmitter, a microwave signal polarization device, an antenna switch, and an antenna. The antenna switch contains two microwave circulators connected via sounding signals to a transceiver antenna and via reflected meteorological signals to a four-channel radio receiver. The digital output of the radio receiver is connected to a computer for controlling and processing meteorological signals. The computer for controlling and processing meteorological signals includes a device for digital processing of meteorological signals, a control unit and primary processing of meteorological signals.
Под управлением ЭВМ формирователь пачек двухчастотных узкополосных и широкополосных зондирующих сигналов генерирует последовательность пачек состоящей из двух радиоимпульсов. Далее эти сигналы поступают на усилительный широкополосный передатчик, где усиливаются и передаются на устройство поляризации СВЧ сигналов. Устройство поляризации СВЧ сигналов разделяет радиоимпульсы на два канала с ортогональными поляризациями и через антенный переключатель передает их на приемо-передающую антенну с заданным ЭВМ угловым направлением зондирования. Далее приемо-передающая антенна излучает сигналы в окружающее воздушное пространство. Отраженные от гидрометеоров поляризованные эхосигналы, принимаются приемо-передающей антенной и далее через антенный переключатель поступают на соответствующие по поляризации каналы четырехканального радиоприемника (основные и дополнительные). Четырехканальный радиоприемник осуществляет оптимальное режектирование, усиление, преобразование и детектирование принятых эхо-сигналов. Далее сформированные матрицы цифровых сигналов передаются на устройство цифровой обработки метеосигналов, где производится цифровая фильтрация несинхронных импульсных помех, обработка полезных сигналов. Далее принятые сигналы поступают в блок управления и первичной обработки метеосигналов для формирования конических сечений метеорологических параметров гидрометеоров (отражаемость, радиальная скорость, ширина спектра. После окончания расчетов параметров гидрометеоров в ЭВМ управления и обработки метеорологических сигналов производится преобразование метеоданных к удобной форме и их представление потребителям метеоданных.Under computer control, the generator of bursts of dual-frequency narrow-band and broadband probing signals generates a sequence of bursts consisting of two radio pulses. These signals are then sent to an amplifying broadband transmitter, where they are amplified and transmitted to a microwave signal polarization device. A device for polarizing microwave signals divides radio pulses into two channels with orthogonal polarizations and transmits them through an antenna switch to a transmitting/receiving antenna with a computer-specified angular direction of probing. Next, the transmit-receive antenna emits signals into the surrounding airspace. Polarized echo signals reflected from hydrometeors are received by a transmitting and receiving antenna and then, through an antenna switch, are sent to the channels of a four-channel radio receiver corresponding in polarization (main and additional). The four-channel radio receiver provides optimal rejection, amplification, conversion and detection of received echo signals. Next, the generated matrices of digital signals are transmitted to a device for digital processing of meteorological signals, where digital filtering of non-synchronous impulse noise and processing of useful signals is carried out. Next, the received signals enter the control unit and primary processing of meteorological signals to form conic sections of meteorological parameters of hydrometeors (reflectivity, radial speed, spectrum width. After the calculations of hydrometeor parameters are completed, the meteorological signal control and processing computer converts the meteorological data to a convenient form and presents it to consumers of meteorological data .
Недостатком допплеровского метеорологического радиолокатора является, во-первых, его функциональные ограничения, обусловленные низкой эффективностью определения скорости ветра при отсутствии или малом плотности гидрометеоров. Во-вторых, невозможность его применения в зоне десантирования личного состава, обусловленная негативным воздействием СВЧ излучения на человека.The disadvantage of a Doppler weather radar is, firstly, its functional limitations due to the low efficiency of determining wind speed in the absence or low density of hydrometeors. Secondly, the impossibility of its use in the personnel landing zone, due to the negative impact of microwave radiation on humans.
Известен лазерный радар и способ его работы [4]. В патенте описан ветровой лазерный радар, основанный на передатчике, который формирует фокальный объем в определенной точке и приемнике обратно рассеянного излучения от распределенного по трассе аэрозоля. В заявленном устройстве присутствует вычислительный комплекс для расчета параметров ветра по измеренным значениям. Вычисления производятся путем аппроксимации полученных данных известной функцией. Для учета влияния облаков предусмотрена нормализация на предварительно измеренную скорость облаков на стадии вычисления доплеровского сдвига.A laser radar and its method of operation are known [4]. The patent describes a wind laser radar based on a transmitter that forms a focal volume at a certain point and a receiver of backscattered radiation from an aerosol distributed along the path. The claimed device contains a computer complex for calculating wind parameters from measured values. Calculations are made by approximating the obtained data with a known function. To take into account the influence of clouds, normalization to the previously measured cloud speed is provided at the stage of calculating the Doppler shift.
Недостаток лазерного радара заключается, во-первых, в измерении знака реального вектора скорости ветра, что при измерении состояния атмосферных потоков может дать ложные сведения о наличии или отсутствии таких опасных явлении как сдвиг ветра. Во-вторых, невозможность его применения в зоне десантирования личного состава, обусловленная высокой вероятностью поражения зрительных органов десантников при попадании в них излучаемого устройством лазера, во время измерения параметров ветра в зоне десантирования.The disadvantage of a laser radar is, firstly, in measuring the sign of the real wind speed vector, which, when measuring the state of atmospheric flows, can give false information about the presence or absence of such dangerous phenomena as wind shear. Secondly, the impossibility of its use in the landing zone of personnel, due to the high probability of damage to the visual organs of paratroopers when they are hit by a laser emitted by the device, while measuring wind parameters in the landing zone.
Известен десантный метеорологический комплект ДМК [5] и комплект десантный метеорологический ДМК-01[6], имеющие схожие недостатки.The DMK landing meteorological kit [5] and the DMK-01 landing meteorological kit [6], which have similar disadvantages, are known.
Десантный метеорологический комплект ДМК [5] состоит из датчика скорости и направления ветра, блока датчика температуры и влажности воздуха, указателя метеорологических элементов, измерителя дальности видимости, метеорологической мачты с растяжками. На метеорологическую мачту собирают блок датчиков скорости и направления ветра, подсоединяют кабель. Развертывают блоки датчиков ветра, температуры и влажности воздуха и подсоединяют к ним кабеля. Все кабели соединяют с указателем метеорологических элементов. С указателя давления снимают значение наземного атмосферного давления. На указателе метеорологических элементов переключатель устанавливают в положение ТЕМП и, нажав на кнопку ПУСК, по шкале считывают температуру воздуха в градусах Цельсия. Для определения скорости и направления наземного ветра переключатель на указателе метеорологических элементов последовательно устанавливают в положение СКОР, и НАПР. и снимают данные мгновенной скорости (в м/с) и направления ветра (в градусах). При необходимости измеряют относительную влажность воздуха, для чего на указателе метеорологических элементов устанавливают переключатель в положение ВЛАЖ. и, нажав на кнопку ПУСК, по шкале считывают влажность воздуха. Полеченные данные обрабатываются опертом вручную или с привлечением самостоятельных средств автоматизации.The landing meteorological set DMK [5] consists of a wind speed and direction sensor, a temperature and humidity sensor unit, an indicator of meteorological elements, a visibility range meter, and a meteorological mast with guy wires. A block of wind speed and direction sensors is assembled onto a meteorological mast and a cable is connected. Deploy blocks of wind, temperature and humidity sensors and connect cables to them. All cables are connected to the indicator of meteorological elements. The ground atmospheric pressure value is taken from the pressure indicator. On the indicator of meteorological elements, set the switch to the TEMP position and, by pressing the START button, read the air temperature in degrees Celsius on the scale. To determine the speed and direction of the ground wind, the switch on the indicator of meteorological elements is sequentially set to the SPEED and NAPR positions. and take data on instantaneous speed (in m/s) and wind direction (in degrees). If necessary, measure the relative humidity of the air, for which the switch on the indicator of meteorological elements is set to the HUMIDITY position. and by pressing the START button, the air humidity is read off the scale. The received data is processed manually or using independent automation tools.
Десантный метеорологический ДМК-01[6], состоит из блока датчиков, блока цифрового, линии связи и метеорологической мачты. Блок датчиков объединяет датчик скорости и направления ветра, датчик температуры и влажности воздуха и преобразователь измерительный, которые крепятся в верхней части метеорологической мачты. В блоке датчиков измеряются метеорологические параметры, которые поступают в преобразователь измерительный и после преобразования по линям связи передаются в блок цифровой для обработки. В блоке цифровом производится обработка метеорологической информации и вывод ее на цифровое табло и в персональный компьютер через линию связи.Landing meteorological DMK-01[6], consists of a sensor unit, a digital unit, a communication line and a meteorological mast. The sensor block combines a wind speed and direction sensor, an air temperature and humidity sensor and a measuring transducer, which are mounted in the upper part of the meteorological mast. In the sensor block, meteorological parameters are measured, which enter the measuring transducer and, after conversion, are transmitted via communication lines to the digital block for processing. In the digital block, meteorological information is processed and output to a digital display and to a personal computer via a communication line.
Недостатки десантного метеорологического комплекта ДМК и комплекта десантного метеорологического ДМК-01, заключается в том, что применений в качестве датчика скорости и направления ветра анеморумбометр, во-первых, неточность установки оси вращения винта вдоль вектора ветра влечет за собой изменение показаний самого анеморумбометра. Во-вторых, неравномерное восприятие скорости ветра, так как увеличение скорости ветра любой винтовой анемометр, к которым относится анеморумбометр воспринимает быстрее, чем уменьшение ветра. В-третях, завышение средней скорости ветра за счет приращения Кинетической энергии пульсирующего потока ветра. В-четвертых, для корректной работы анеморумбометр, перед его использованием требуется ориентация устройства в сторону света, соответствующую направлению на север. В-пятых, конструкция метеорологической мачты с растяжками десантного метеорологического комплекта ДМК требует больших временных затрат и дополнительных людских ресурсов на ее монтаж и демонтаж.The disadvantages of the landing meteorological kit DMK and the landing meteorological kit DMK-01 are that the use of an anemorumbometer as a wind speed and direction sensor, firstly, the inaccuracy of setting the axis of rotation of the propeller along the wind vector entails a change in the readings of the anemorumbometer itself. Secondly, uneven perception of wind speed, since any screw anemometer, which includes an anemorbometer, perceives an increase in wind speed faster than a decrease in wind. Thirdly, an overestimation of the average wind speed due to the increase in the Kinetic energy of the pulsating wind flow. Fourthly, for the anemorummeter to work correctly, before using it, the device must be oriented towards the light, corresponding to the north direction. Fifthly, the design of a meteorological mast with guys for the DMK landing meteorological kit requires a lot of time and additional human resources for its installation and dismantling.
Известен ультразвуковой термоанемометр с устройством автоматического восстановления точностных характеристик измерений [7], содержащий измерительный тракт, состоящий из двух пар ориентированных навстречу друг другу ультразвуковых излучателей и приемников, устройство измерения временных интервалов, основное вычислительное устройство, устройство сравнения, дополнительное вычислительное устройство, ветрозащитный бокс-контейнер, датчик сигнала закрытия бокса-контейнера и электронный датчик температуры воздуха внутри бокса-контейнера.An ultrasonic hot-wire anemometer with a device for automatically restoring the accuracy characteristics of measurements is known [7], containing a measuring path consisting of two pairs of ultrasonic emitters and receivers oriented towards each other, a device for measuring time intervals, a main computing device, a comparison device, an additional computing device, a windproof box. container, signal sensor for closing the container box and an electronic air temperature sensor inside the container box.
Недостатком данного устройства является конструктивная сложность и ограниченность его практического применения, обусловленная необходимостью его калибровки путем периодического помещения акустического термоанемометра в изолированный от внешних воздействий бокс-контейнер также известную как «камера нулевого ветра», в котором отсутствует направленное движение воздуха и осуществляется контроль температуры воздуха посредством датчика температуры, установленного внутри бокса-контейнера.The disadvantage of this device is the design complexity and limitations of its practical application, due to the need for its calibration by periodically placing an acoustic hot-wire anemometer in a box container isolated from external influences, also known as a “zero wind chamber”, in which there is no directional air movement and the air temperature is controlled by temperature sensor installed inside the container box.
Наиболее близким, то есть прототипом является ультразвуковой анемометр [8], содержащий блок генерации управляющих электрических импульсов (1), блок селекции управляющих импульсов (2), блок электроакустических преобразователей (3), электронное вычислительное устройство (4), блок селекции ошибки измерений (5), блок индикации параметров ветра (6).The closest, that is, the prototype is an ultrasonic anemometer [8], containing a block for generating control electrical pulses (1), a block for selecting control pulses (2), a block of electroacoustic transducers (3), an electronic computing device (4), a measurement error selection block ( 5), wind parameters display unit (6).
Прототип, представленный на фиг. 1, работает следующим образом:The prototype shown in FIG. 1, works like this:
Блок генерации управляющих электрических импульсов (1) вырабатывает последовательность импульсов, управляющих генерацией акустических импульсов блока электроакустических преобразователей (3) и его переключения приема. Импульсы, вырабатываемые блоком генерации управляющих электрических импульсов (1), проходят через блок селекции управляющих импульсов (2), который формирует три группы управляющих импульсов, каждая из которых последовательно активирует излучение акустических импульсов тремя парам акустически согласованных электроакустических преобразователей блока электроакустических преобразователей (3) (фиг 4).The control electrical pulse generation unit (1) generates a sequence of pulses that control the generation of acoustic pulses of the electroacoustic transducer unit (3) and its reception switching. The pulses generated by the control electrical pulse generation unit (1) pass through the control pulse selection unit (2), which forms three groups of control pulses, each of which sequentially activates the emission of acoustic pulses to three pairs of acoustically matched electroacoustic transducers of the electroacoustic transducer block (3) ( Fig 4).
Далее электронное вычислительное устройство (4) последовательно трижды вычисляет величину трех компонент одной и той же скорости ветра и передает в блок селекции ошибки измерений (5), в котором с помощью специальных алгоритмов производится устранение данных, вычисленных с ошибкой, и сохранение данных, вычисленных без указанной ошибки (исключение максимального и минимального значения скорости ветра из трех полученных). Далее, сигнал, характеризующий значение скорости ветра, поступает на блок индикации параметров ветра (6) для индикации потребителю полученных данных. Измерительный процесс циклически повторяется.Next, the electronic computing device (4) sequentially calculates three times the magnitude of the three components of the same wind speed and transmits the measurement errors to the selection block (5), in which, using special algorithms, the data calculated with error is eliminated and the data calculated without error is stored. the specified error (excluding the maximum and minimum wind speed values from the three obtained). Next, a signal characterizing the wind speed value is sent to the wind parameters display unit (6) to indicate the received data to the consumer. The measuring process is repeated cyclically.
Недостаток прототипа заключается, во-первых, его конструктивными ограничениями, заключающимися в невозможности определяет температуру акустически согласованных электроакустических преобразователей блока электроакустических преобразователей, во-вторых возможность получения ошибочной информации о величине скорости ветра в связи с возможным неконтролируемым изменением расстояний между излучателями и приемниками акустически согласованных пар электроакустических преобразователей, которое может произойти в процессе эксплуатации или транспортировки устройства. В-третях измерения параметров ветра производится только в точке стояния ультразвукового анемометра, а измерения в приземном слое атмосферы и в верхней части пограничного слоя атмосферы, располагающаяся над приземным слоем (слое Экмана), где происходит десантирование, измерения не производятся.The disadvantage of the prototype is, firstly, its design limitations, which consist in the impossibility of determining the temperature of acoustically matched electroacoustic transducers of a block of electroacoustic transducers, and secondly, the possibility of obtaining erroneous information about the value of wind speed due to a possible uncontrolled change in the distances between the emitters and receivers of acoustically matched pairs electroacoustic transducers, which may occur during operation or transportation of the device. Thirdly, measurements of wind parameters are carried out only at the point where the ultrasonic anemometer is located, and measurements in the surface layer of the atmosphere and in the upper part of the boundary layer of the atmosphere, located above the surface layer (Ekman layer), where the landing occurs, are not measured.
Также этим недостатком обладают и известные технические решения: метеокомплект переносной автоматизированный 1Б65 и автономная метеорологическая станция АМК-03П.Well-known technical solutions also have this disadvantage: the portable automated meteorological kit 1B65 and the autonomous meteorological station AMK-03P.
Отсутствие данных об ветре в приземном слое и слое Экмана негативно сказывается на безопасность совершения прыжков с парашютом.The lack of data on wind in the surface layer and the Ekman layer negatively affects the safety of skydiving.
Целью изобретения является задача обеспечения руководителя десантирования данными о скорости и направлении ветра как у поверхности земли, так и в приземном слое атмосферы, а также слое Экмана на высотах до 800 метров.The purpose of the invention is to provide the landing director with data on the speed and direction of the wind both at the surface of the earth and in the surface layer of the atmosphere, as well as the Ekman layer at altitudes up to 800 meters.
Поставленная задача достигается введением в схему прототипа, блок электропитания (8), профилометра ветра (10) (также известного в литературе под английской аббревиатурой «SODAR» от sonic detection and ranging или под транслитерацией английской аббревиатуры «СОДАР»), содержащего блок электропитания (8), передатчик (11), выход которого соединен с приемо-передающим антенным устройством с электроакустическими преобразователями (12), выход которого соединен с входом приемника (13), выход которого соединен с процессором сигналов (14), который через процессор данных (15) соединен с устройством отображения информации (16).This task is achieved by introducing into the prototype circuit, a power supply unit (8), a wind profiler (10) (also known in the literature under the English abbreviation “SODAR” from sonic detection and ranging or under the transliteration of the English abbreviation “SODAR”), containing a power supply unit (8 ), transmitter (11), the output of which is connected to a transceiver antenna device with electroacoustic transducers (12), the output of which is connected to the input of the receiver (13), the output of which is connected to the signal processor (14), which, through the data processor (15) connected to the information display device (16).
Один из элементов приемо-передающей антенным устройством с электроакустическими преобразователями (12) излучает вертикально вверх, то есть перпендикулярно к поверхности земли, а две остальные установлены с угловым наклоном относительно вертикальной оси.One of the elements of the transmitting-receiving antenna device with electroacoustic transducers (12) radiates vertically upward, that is, perpendicular to the surface of the earth, and the other two are installed with an angular inclination relative to the vertical axis.
В обоих вариантах десантного метеорологического комплекта он содержит профилометр ветра (10) и ультразвуковой анемометр (9).In both versions of the landing meteorological kit, it contains a wind profiler (10) and an ultrasonic anemometer (9).
При этом в первом варианте десантного метеорологического комплекта, ультразвукового анемометра (9) является носимым личным составом и отображает данные о скорости и направлении ветра на собственном блоке индикации параметров ветра (6).In this case, in the first version of the airborne meteorological kit, the ultrasonic anemometer (9) is worn by personnel and displays data on wind speed and direction on its own wind parameters display unit (6).
Во втором варианте десантного метеорологического комплекта, ультразвукового анемометра (9) установлен на мачте метеорологической (17) и отображает данные о скорости и направлении ветра устройстве отображения информации (16), ультразвуковой анемометр (9) и профилометр ветра (10) имеют общий блок электропитания (8).In the second version of the landing meteorological kit, the ultrasonic anemometer (9) is installed on the meteorological mast (17) and displays data on the wind speed and direction of the information display device (16), the ultrasonic anemometer (9) and the wind profiler (10) have a common power supply unit ( 8).
На фиг. 2 представлена структурная схема десантного метеорологического комплекта в первом варианте.In fig. Figure 2 shows a block diagram of the landing meteorological set in the first version.
На фиг. 3 представлена структурная схема десантного метеорологического комплекта во втором варианте.In fig. Figure 3 shows a block diagram of the landing meteorological set in the second version.
Предлагаемый десантный метеорологический комплект состоит из ультразвукового анемометра (9) содержащего блок генерации управляющих электрических импульсов (1), блок селекции управляющих импульсов (2), блок электроакустических преобразователей (3), электронное вычислительное устройство (4), блок селекции ошибки измерений (5), блок индикации параметров ветра (6), датчик влажности (7), мачту метеорологическую (17), блок электропитания (8) и профилометр ветра (10) содержащего блок электропитания (8), передатчик (11), выход которого соединен с приемо-передающим антенным устройством с электроакустическими преобразователями (12), выход которого соединен с входом приемника (13), выход которого соединен с процессора сигналов (14), который через процессор данных (15) соединен с устройством отображения информации (16).The proposed landing meteorological kit consists of an ultrasonic anemometer (9) containing a control electrical pulse generation block (1), a control pulse selection block (2), a block of electroacoustic transducers (3), an electronic computing device (4), a measurement error selection block (5) , a wind parameters display unit (6), a humidity sensor (7), a meteorological mast (17), a power supply unit (8) and a wind profiler (10) containing a power supply unit (8), a transmitter (11), the output of which is connected to the receiver a transmitting antenna device with electroacoustic transducers (12), the output of which is connected to the input of the receiver (13), the output of which is connected to the signal processor (14), which is connected through the data processor (15) to the information display device (16).
Предлагаемый десантный метеорологический комплект, работает следующим образом:The proposed landing meteorological kit works as follows:
Для измерения параметров ветра у земли, в зависимости от варианта десантного метеорологического комплекта ультразвуковой анемометр (9) располагается либо на мачте метеорологической (17), либо в руке человека, отвечающего за проведение метеоразведку на площадке приземления. Блок электропитания (8) ультразвукового анемометра (9) обеспечивает электропитание его составных частей.To measure wind parameters near the ground, depending on the version of the landing meteorological kit, the ultrasonic anemometer (9) is located either on the meteorological mast (17) or in the hand of the person responsible for conducting meteorological reconnaissance at the landing site. The power supply unit (8) of the ultrasonic anemometer (9) provides power to its components.
Процессор данных (15) автоматически ориентируется встроенным компасом по сторонам света (в графической части не показан).The data processor (15) is automatically oriented by the built-in compass according to the cardinal directions (not shown in the graphic part).
Блок генерации управляющих электрических импульсов (1) вырабатывает последовательность импульсов, управляющих генерацией акустических импульсов блока электроакустических преобразователей (3) и его переключения приема.The control electrical pulse generation unit (1) generates a sequence of pulses that control the generation of acoustic pulses of the electroacoustic transducer unit (3) and its reception switching.
Импульсы, вырабатываемые блоком генерации управляющих электрических импульсов (1), проходят через блок селекции управляющих импульсов (2), который формирует три группы управляющих импульсов, каждая из которых последовательно активирует излучение акустических импульсов тремя парам акустически согласованных электроакустических преобразователей блока электроакустических преобразователей (3).The pulses generated by the control electrical pulse generation unit (1) pass through the control pulse selection unit (2), which forms three groups of control pulses, each of which sequentially activates the emission of acoustic pulses to three pairs of acoustically matched electroacoustic transducers of the electroacoustic transducer block (3).
Далее электронное вычислительное устройство (4) вычисляет скорость ветра и его направление, а также вычисляет так называемую «ультразвуковую» температуру воздуха на основе известных соотношений [9]:Next, the electronic computing device (4) calculates the wind speed and its direction, and also calculates the so-called “ultrasonic” air temperature based on known relationships [9]:
где:Where:
Vi - ортогональные компоненты скорости ветра (i=x, у, z) в м/сек;V i - orthogonal components of wind speed (i=x, y, z) in m/sec;
Li - расстояния между попарно согласованными излучателями и приемниками акустических импульсов;L i - distances between pairwise matched emitters and receivers of acoustic pulses;
t1 и t2 - время распространения ультразвукового импульса от излучателя к приемнику первой и второй пары соответственно;t 1 and t 2 - propagation time of the ultrasonic pulse from the emitter to the receiver of the first and second pairs, respectively;
С - скорость звука в воздухе в м/сек;C is the speed of sound in air in m/sec;
Т - температура воздуха в градусах Кельвина.T - air temperature in degrees Kelvin.
и передает в блок селекции ошибки измерений (5), в котором с помощью специальных алгоритмов производится вычисление направления ветра и устранение ошибок, вызванных внешними и внутренними помехами и сохранение полученных данных. Данные датчика влажности (7) также поступают в электронное вычислительное устройство (4) откуда совместно с другими сигналами через блок селекции ошибки измерений (5) поступают в блок индикации параметров ветра (6) в первом исполнении и на устройстве отображения информации (16) во втором исполнении, где отображаются данные характеризующие значение скорости ветра, его направления, влажности и температуры в интересах потребителей метрологической информации в районе площадки приземления.and transmits measurement errors (5) to the selection block, in which, using special algorithms, the wind direction is calculated and errors caused by external and internal interference are eliminated and the received data is stored. The data from the humidity sensor (7) also enters the electronic computing device (4) from where, together with other signals, through the measurement error selection block (5) they enter the wind parameters indication block (6) in the first version and on the information display device (16) in the second execution, which displays data characterizing the value of wind speed, its direction, humidity and temperature in the interests of consumers of metrological information in the area of the landing site.
Для измерения параметров ветра в приземном слое атмосферы и слое Экмана применяется профилометр ветра (10), блок электропитания (8) обеспечивает электропитание его составных частей.To measure wind parameters in the surface layer of the atmosphere and the Ekman layer, a wind profiler (10) is used, and a power supply unit (8) provides power to its components.
Вычислительное устройство (4) автоматически ориентируется встроенным компасом по сторонам света (в графической части не показан).The computing device (4) is automatically oriented by the built-in compass according to the cardinal directions (not shown in the graphic part).
Зондирующие сигналы с частотой 3,6 кГц и периодом повторения посылок 4 с, сформированные передатчиком (11), направляются в приемопередающее антенное устройство с электроакустическими преобразователями (12) и излучаются в пространство.Probing signals with a frequency of 3.6 kHz and a repetition period of 4 s, generated by the transmitter (11), are sent to a transceiver antenna device with electroacoustic transducers (12) and emitted into space.
Эхо-сигналы, являющиеся результатом отражения зондирующих импульсов, вызванное перемещением рассеивающего объема атмосферы под воздействием ветра, через выход приемо-передающего антенного устройства с электроакустическими преобразователями (12) поступают соответственно на вход приемника (13). Выходные сигналы приемника (13) поступают в процессор сигналов (14), где производится их аналого-цифровое преобразование, фильтрация, выполняется процедура обнаружения по критерию Неймана-Пирсона, обеспечивающая получение максимальной вероятности правильного обнаружения параметров ветра при фиксированной вероятности ложного обнаружения по шумам.Echo signals resulting from the reflection of probing pulses caused by the movement of the scattering volume of the atmosphere under the influence of wind, through the output of the transmitting-receiving antenna device with electroacoustic transducers (12), are respectively supplied to the input of the receiver (13). The output signals of the receiver (13) enter the signal processor (14), where they are analog-to-digitally converted, filtered, and a detection procedure is performed according to the Neyman-Pearson criterion, ensuring the maximum probability of correct detection of wind parameters with a fixed probability of false detection based on noise.
Выходные сигналы процессора сигналов (14) поступают в процессор данных (15), где производится их вторичная обработка и в частности вычисление скорости и направление ветра определится по формулам [10]: The output signals of the signal processor (14) enter the data processor (15), where they are processed secondary and, in particular, the calculation of wind speed and direction is determined by the formulas [10]:
где:Where:
V - скорость ветра, м/с;V - wind speed, m/s;
ε - направление ветра, градусы;ε - wind direction, degrees;
Н - высота слоя, вызванное перемещением рассеивающего объема под воздействием ветра и регистрируемое приемником, м;H is the height of the layer caused by the movement of the scattering volume under the influence of wind and recorded by the receiver, m;
ΔFД - доплеровское смещение частоты излучения по трем каналам (1,2,3), Гц;ΔF D - Doppler frequency shift of radiation along three channels (1,2,3), Hz;
λ0- длина падающей волны излучения, м;λ 0 - length of the incident radiation wave, m;
k - волновое число;k - wave number;
θ - угол наклона луча, градусы;θ - beam inclination angle, degrees;
τ - длительности импульса, мс;τ - pulse duration, ms;
с - скорость распространения звуковой волны в атмосфере, м/сек.c is the speed of propagation of a sound wave in the atmosphere, m/sec.
Выходная информация процессора данных (15) поступает в устройство отображения информации (16), откуда и доводятся потребителям метрологической информации в районе площадки приземления.The output information of the data processor (15) enters the information display device (16), from where it is communicated to consumers of metrological information in the area of the landing site.
Во втором варианте десантного метеорологического комплекта данные профилометра ветра (10) о параметрах ветра в приземном слое атмосферы и слое Экмана отображаются на устройстве отображения информации (16) совместно с данными ультразвукового анемометра (9) о скорости ветра, его направлении, влажности и температуре, доводятся потребителям метрологической информации в районе площадки приземления.In the second version of the landing meteorological kit, data from a wind profiler (10) on wind parameters in the surface layer of the atmosphere and the Ekman layer are displayed on an information display device (16) together with data from an ultrasonic anemometer (9) on wind speed, its direction, humidity and temperature, adjusted to consumers of metrological information in the area of the landing site.
В целях практической реализации предложенного десантного метеорологического комплекта в качестве ультразвукового анемометра может быть применен PWS300 фирмы ООО «АйСиБиКом», а профилометром ветра может стать изделие РА-0 фирмы REMTECH S.A., Франция. Встроенным компас может быть реализован на базе микросхемы HMC5883L фирмы Parallax Incorporated.For the purpose of practical implementation of the proposed landing meteorological kit, the PWS300 from ICBCom LLC can be used as an ultrasonic anemometer, and the wind profiler can be the RA-0 product from REMTECH S.A., France. The built-in compass can be implemented based on the HMC5883L chip from Parallax Incorporated.
Обеспечение получения данных о скорости и направлении ветра как у поверхности земли, так и в приземном слое атмосферы, а также слое Экмана повышает безопасность десантирования и позволяет выполнить требования Руководства по воздушно-десантной подготовке в части метеорологического обеспечения десантирования.Providing data on the speed and direction of the wind both at the surface of the earth and in the surface layer of the atmosphere, as well as the Ekman layer, increases the safety of landing and makes it possible to meet the requirements of the Airborne Training Manual in terms of meteorological support for landing.
Источники информацииInformation sources
1. Руководство по воздушно-десантной подготовке - Москва:, АО «Красная Звезда», 2017- 328 с. ДСП1. Guide to airborne training - Moscow:, JSC "Red Star", 2017- 328 p. Chipboard
2. Григоров Н.О., Саенко А.Г., Восканян К.Л.. Методы и средства гидрометеорологических измерений. Метеорологические приборы. Учебник. - СПб.: изд. РГГМУ, 2012-306 с. 2. Grigorov N.O., Saenko A.G., Voskanyan K.L.. Methods and means of hydrometeorological measurements. Meteorological instruments. Textbook. - St. Petersburg: ed. RGGMU, 2012-306 p.
3. Полезная модель РФ №121942 «Допплеровский метеорологический радиолокатор «ДМРЛ-С»», заявка 2012110972/08 от 23.03.2012, опубликовано 10.11.2012, Бюл. №31.3. Utility model of the Russian Federation No. 121942 “Doppler weather radar “DMRL-S””, application 2012110972/08 dated 03/23/2012, published 11/10/2012, Bull. No. 31.
4. Патент США №US 7391506 B2 «Laser radar device and method», заявка US 11/578,720 от 2005-05-18, опубликовано 2008-06-24.4. US Patent No. US 7391506 B2 “Laser radar device and method”,
5. Десантный метеорологический комплект ДМК. Техническое описание, инструкция по эксплуатации и формуляр - М, Воениздат, 1980, 65 с. 5. Landing meteorological kit DMK. Technical description, operating instructions and form - M, Voenizdat, 1980, 65 p.
6. Руководство по эксплуатации «Комплекты десантные метеорологические ДМК-01» КНГП.416321.001РЭ6. Operating manual “Landing meteorological kits DMK-01” KNGP.416321.001RE
7. Патент РФ №2319987 «Ультразвуковой термоанемометр с устройством автоматического восстановления точностных характеристик измерений», заявка 2006119583/28 от 05.06.2006, опубликовано 20.03.2008 Бюл. №87. RF Patent No. 2319987 “Ultrasonic hot-wire anemometer with a device for automatic restoration of measurement accuracy characteristics”, application 2006119583/28 dated 06/05/2006, published 03/20/2008 Bull. No. 8
8. Патент РФ №2699939 «Ультразвуковой анемометр», заявка 2019101136, от 14.01.2019, опубликовано: 11.09.2019 Бюл. №268. RF Patent No. 2699939 “Ultrasonic anemometer”, application 2019101136, dated 01/14/2019, published: 09/11/2019 Bull. No. 26
9. Региональный мониторинг атмосферы: кол. монография / под общ. ред. Кабанова М.В.. - Томск: Спектр, 1997. - Ч. 2: Новые приборы и методики измерений. - 295 с9. Regional atmospheric monitoring: no. monograph / edited ed. Kabanova M.V.. - Tomsk: Spectrum, 1997. - Part 2: New instruments and measurement techniques. - 295 s
10. On the theory of SODAR measurement techniques (final reporting on WP1, EU WISE project NNE5-2001-297) [Электронный ресурс] URL:https://usir.salford.ac.uk/id/eprint/9588/1/WISE_WP1.pdf:public (дата обращения: 07.01.2023).10. On the theory of SODAR measurement techniques (final reporting on WP1, EU WISE project NNE5-2001-297) [Electronic resource] URL: https://usir.salford.ac.uk/id/eprint/9588/1/ WISE_WP1.pdf:public (date of access: 01/07/2023).
Claims (4)
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2811805C1 true RU2811805C1 (en) | 2024-01-17 |
Family
ID=
Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2628216A1 (en) * | 1988-03-03 | 1989-09-08 | Simecsol | ULTRASONIC ANEMOMETER |
RU2319987C1 (en) * | 2006-06-05 | 2008-03-20 | Институт мониторинга климатических и экологических систем | Ultrasound thermal anemometer with an arrangement of automatic restoration of precise characteristics of measurements |
RU2699939C1 (en) * | 2019-01-14 | 2019-09-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Ultrasonic anemometer |
Patent Citations (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
FR2628216A1 (en) * | 1988-03-03 | 1989-09-08 | Simecsol | ULTRASONIC ANEMOMETER |
RU2319987C1 (en) * | 2006-06-05 | 2008-03-20 | Институт мониторинга климатических и экологических систем | Ultrasound thermal anemometer with an arrangement of automatic restoration of precise characteristics of measurements |
RU2699939C1 (en) * | 2019-01-14 | 2019-09-11 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук | Ultrasonic anemometer |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2449326C2 (en) | Method of determining state of ice cover | |
RU2344448C2 (en) | Method of defining meteorological parameters | |
AU2021200307A1 (en) | Aircraft acoustic position and orientation detection method and apparatus | |
Beran et al. | An acoustic Doppler wind measuring system | |
RU2811805C1 (en) | Landing meteorological kit (options) | |
CN106054210A (en) | Differential absorption laser radar for detecting earth surface pressure intensity and altitude, and method | |
Kelton et al. | Wind velocity measurements using sonic techniques | |
Ecklund et al. | Sounding of the lower atmosphere with a portable 50‐MHz coherent radar | |
Dabas et al. | Use of a sodar to improve the forecast of fogs and low clouds on airports | |
RU121942U1 (en) | DOPPLER METEOROLOGICAL RADAR DOLAR "DMRL-S" | |
Finn et al. | The feasibility of unmanned aerial vehicle-based acoustic atmospheric tomography | |
CN105022066B (en) | Hand-held dual probe measuring instrument | |
Chandrasekhar Sarma et al. | Development of radio acoustic sounding system (RASS) with Gadanki MST radar–first results | |
Aminev et al. | Study of ability to use ultrasonic range finders for constructing systems of aircraft landing | |
RU2811547C1 (en) | Wind measurement radar | |
SU1008683A1 (en) | Radio acoustic method of wind shift determination | |
Ulyanov et al. | On the Use of Acoustic and Radioacoustic Methods of PBL Remote Sensing for Assessment of Radiowave Propagation Conditions | |
Kritz | Parametric array Doppler sonar | |
JPS6034067B2 (en) | Radio and sound wave shared upper layer wind separation method | |
CN206020660U (en) | A kind of boat-carrying wave observation radar system of compatible navigation function | |
Voloshchenko et al. | Seadrome: Multi-Frequency Hydro Acoustic Wave Recorder for Measurement of Hydro Conditions in the Water Area | |
Kartashov et al. | Economic Technology for Atmosphere Parameters Distant Recording Using Radio Acoustic Sounding System | |
Forney et al. | Application of radial and elliptical surface current measurements to better resolve coastal features | |
Louca et al. | Comparison of wind measurements between a Mini-SODAR PA0, a METEK-SODAR and a 99 m tower | |
JPH10332727A (en) | Data indicating method for doppler sodar |