SU1130809A1 - Способ управлени частотой электромагнитного излучени при радиоакустическом зондировании атмосферы - Google Patents

Abstract

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ЭЛЕКТРОМАГНЖНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ РАДИОАКУСТИЧЕСКОМ ЗОНДИРОВАНИИ АТМОСФЕРЫ , включакшшй излучение пакета акустических волн, облучение этого пакета радиосигналом, прием отраженного сигнала, по доплеровскому сдвигу которого суд т об исследуемых параметрах атмосферы, при этом в течение времени наблюдени  каждого акустического пакета производ т подстройку частоты излучаемого радиосигнала, отличающийс  тем, что, с целью увеличени  дальности зондири- вани  и точности измерений, одновременно с первым излучают и принимают дополнительно второй радиосигнал, частоту которого выбирают отличной от частоты первого радиосигнала на величину , пропорциональную отношению длины акустической волны к длине акустического пакета, выдел ют разность огибающих двух принимаемы:: сигналов и измен ют синхронно частоты обоих (Л радиосигналов непрерывно в течение времени наблюдени  пакета до равенства нулю этой вьщеленной разности огибающих ка всех дистанци х измерени . ,., со о 00 о ф

Description

Изобретение относитс  к метеороло1ии и может быть использовано дл  дистанционного измерени  профил  абсолютной температуры или радиоакусти ческого зондировани  атмосферы. Известен способ радиоакустического зондировани  атмосферы, основанны на излучении пакета акустических вол облучении его непрерывным электромагнитным излучением и приеме электромагнитного излучени , отраженного от пакета акустических волн. При условии равенства длины волны акустических колебаний в области отражени  половине длины электромагнитной волны Л , энерги , отражен на  каждым фронтом акустической волн когерентно складываетс , повыша  мощ ность эхо-сигнала} усилие Лс1 - со ответствует Брэгговскому рассе нию. При выборе оптимальной длины волны Я дл  выполнени  услови  Брэгг в этом способе предполагают Cd (Rb Са Са Comt Лс( г Fa где Cd {R} - скорость звука в области отражени  на удалении от точки излучени ; Ca. Ca{R-Oh скорость звука в точке излучени ; Fdi звукова  частота; й-сД- длина звуковой волны; А длина радиоволны. Измерение температуры основано на измерении скорости звука CQ с которой перемещаютс  в пространстве звуковые волновые фронты, отражающие радиосигналы. Эта скорость определ етс  по доплеровской частоте, на которую смещены отраженные радиосигналы относительно излученных CU . Учитыва , что С АУТ где Т - абсолютна  температура (К); А - посто нна  завис ща  в основ ном от относительной влажности , получаем Поскольку 2 Т |х«Недостатками способа  вл ютс  сни жение дальности и точности зондирова ни  из-за уменьшени  мощности отраженного сигнала при изменении скорос ти звука с высотой, и неучета вертикапьной составл ющей скорости ветра. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  способ радиоакустического зондировани  атмосферы, основанный на излучении пакета акустических волн, облучении этого пакета радиосигналом, приеме отраженного от акустических волн радиосигнала, по доплеровскому сдвигу которого суд т об исследуемых параметрах атмосферы, при этом в течение времени наблюдени  каждого акустического пакета производ т подстройку частоты излучаемого, радиосигнала относительно предыдущего пропорционально отношению частоты акустического излучени  к доплеровскому сдвигу частоты предыдущего прин того радиосигнала t 2 j . Недостатками известного способа  вл ютс  снижение дальности зондировани  и точности измерений за счет того, что не учитываетс  вертикальна  составл юща  ветра. Цель изобретени  - увеличение дальности зондировани и точности измерений . Поставленна  цель достигаетс  тем, что согласно способу управлени  частотой электромагнитного излучени  при радиоакустическом зондировании атмосферы, включан цему излучение пакета акустических волн, облучение этого пакета радиосигналом, прием отраженного сигнала, по доплеровскому сдвигу которого суд т об исследуемых параметрах атмосферы, при этом в течение времени наблюдени  каждого акустического пакета производ т подстройку частоты излучаемого радиосигнала , одновременно с первым излучают и принимают дополнительно второй радиосигнал, частоту которого выбирают отличной от частоты первого радиосигнала на величину, пропорциональную отношению длины акустической волны к дпине акустического пакета, выдел ют разность огибающих двух принимаемых сигналов и измен ют синхронно частоты обоих радиосигналов непрерывно в течение времени наблюдени  пакета до равенства нулю этой вы деленной разности огибающих на всех дистанци х измерени . На фиг.1 представлена зависимость нормированной мощности отраженного от акустического пакета радиосигнала при заданном размере акустического пакета в зависимости от отношени 

Я/Л0; на фиг,2 - структурна  схема, осуществл юща  предпагаеь&й способ.

В атмосферу излучаетс  пакет звуковых колебаний. Этот пакет распростран етс  как совокупность местных сжатий и разр жений окружающего воздуха . Эти вариации плотности вызывают св занные с ними местные вариации коэффициента отражени  атмосферы которые в свою очередь вызывают отра жение небольшой части электромагнитной энергии при прохождении ее через акустический пакет.

Этот акустический пакет облучают одновременно двум  радиосигналами и принимают также два радиосигнала.Отраженные радиосигналы отличаютс  от излученных на частоту Доплера.

Дл  сигналов обеих частот выдел ют Огибающие (текущие амплитуды, например, получа  доплеровские биени отраженной и излученной частоты дл  каждого из двух радиосигналов. .

Доплеровска  частота содержит информацию о скорости звука в нижней части тропосферы и позвол ет рассчитать температуру согласно уравнению(

Разность огибакнцих доплеровских биений в соответствии с фиг,1, характеризует положение длины волны первого радиосигнала Л и длины волны второго радиосигнала Л.ртносительно оптимальной длины волны А опт 2Ла,

Пусть, например, длина волны первого сигнала Л всегда меньше, чем 2В этом случае, когда величина огибающей на волне А. меньше, чем огибающа  на волне Д. , провод т управление длинами волн Л-) и помощью сигнала разности огибающих таким образом, чтобы обеспечить синхронное увеличение обеих дпин волн. В противном случае, когда величина огибающей на волне Л, больще, чем на волне Да провод т управление обеими длинами волн так, чтобы обеспечить синхронное уменьшение обеих длин волн, причем в обоих случа х изменение длин волн прекращают, когда перва  длина волны меньше 2 Ас.на заданную величину, а втора  - больша  2 Лдна эту же величину и огибающие на обеих волнах равны, а разность огибающих равна нулю. При этом отраженный сигнал максимален, так как соблюдаетс  условие Брэгга.

Разнос дпин волн Л1И Л должен быть существенно меньше, чем ширина главного максимума приведенной зависимости (фиг.1. Поскольку ширина главного максимума зависимости относительной мощности отраженного сигнала от длины волны примерно равна -1-, то разнос длин волн (Л.-AI) .г гдесХ. 1.

Устройство, реализующее способ работает следующим образом.

Генератор I формирует электрический сигнал звуковой частоты, который поступает в акустическую антенну 2 и излучаетс  в виде пакета акустических волн. Радиопередатчики 3 и 4 генерируют радиосигналы с длинами волн Лз которые через систему 5 суммировани  сигналов поступают в передающую антенну 6 и излучаютс  в атмосферу. Отраженные от акустического пакета радиосигналы двух длин волн через приемную антенну 7, а затем с выхода системы 8 разделени  сигналов поступают на входы приемников 9 и 10, в которых выдел ютс  доплеровские биени  дл  обеих длин волн. Сигналы доплеровских биений подаютс  на блок 11 вычитани j в котором формируетс  разностньй сигнал посто нного тока, пропорциональный разности огибающих полученных доплеровских биений. Этот сигнал поступает на блок 12 управле- ни , который осуществл ет перестрйй- ку частот р адиопередатчнков.

Использование предлагаемого способа управлени  частотой электромагнитного излучени  при радиоакустическом зондировании атмосферы позвол ет получать максимально возможный отраженный сигнал от акустических волн на всей трассе зондировани . В способе снимаетс  ограничение на выбор лины пакета акустических волн, допустим выбор больших дпин пакета.

Благодар  этому возможно дополниельное увеличение мощности отраженного сигнала и выбор больших дистаний усреднени  измерений температур. апример, при скорости звука Cq 330 м/с и скорости вертикапьного ветра Bg 10 м/с увеличение мощности сигнала по сравнению с известными методами при длине акустического пакета Ь -.OAcx будет 6 дБ, что привеет к усепичению дальности измерений в 2 раза.

±

Ф1

и

/7

Фиг. 2

W

11

Claims (1)

1. СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ РАДИОАКУСТИЧЕСКОМ ЗОНДИРОВАНИИ АТМОСФЕРЫ, включающий излучение пакета акустических волн, облучение этого пакета радиосигналом, прием отраженного сигнала, по доплеровскому сдвигу которого судят об исследуемых параметрах атмосферы, при этом в течение времени наблюдения каждого акустического пакета производят подстройку частоты излучаемого радиосигнала, отличающийся тем, что, с целью увеличения дальности зондирования и точности измерений, одновременно с первым излучают и принимают дополнительно второй радиосигнал, частоту которого выбирают отличной от частоты первого радиосигнала на величину , пропорциональную отношению длины акустической волны к длине акустического пакета, выделяют разность огибающих двух принимаемых сигналов g и изменяют синхронно частоты обоих радиосигналов непрерывно в течение времени наблюдения пакета до равенства нулю этой выделенной разности огибающих на всех дистанциях измерения.

   фиг f