SU1451628A1

SU1451628A1 - Method of radioacoustic probing of atmosphere

Info

Publication number: SU1451628A1
Application number: SU874267684A
Authority: SU
Inventors: Игорь Вениаминович Петенко; Андрей Николаевич Бедулин
Original assignee: Институт Физики Атмосферы Ан Ссср
Priority date: 1987-06-25
Filing date: 1987-06-25
Publication date: 1989-01-15

Abstract

Изобретение относитс к области метеорологии и предназначено дл дистанционного измерени вертикальных профилей температуры до высоты несколько сот метров. Цель изобретени - повышение точности измерени температуры и увеличение дальности зондировани . Способ зaкJBoчaeтc в посылке мощного звукового импульса и непрерывной радиоволны, котора отражаетс от звуковой волны с доплеровским сдвигом частоты, пропорциональным скорости звука. По измерени м допле- ровского сдвига радиоволны рассчитываетс температура воздуха. Способ отличаетс тем, что излучают частотно-модулированный звуковой импульс. $The invention relates to the field of meteorology and is intended for remote measurement of vertical temperature profiles up to a height of several hundred meters. The purpose of the invention is to improve the accuracy of temperature measurement and increase the range of sounding. The method of sending signals is in sending a powerful sound pulse and a continuous radio wave, which is reflected from a sound wave with a Doppler frequency shift proportional to the speed of sound. By measuring the Doppler shift of the radio waves, the air temperature is calculated. The method is characterized in that a frequency-modulated sound pulse is emitted. $

Description

4 СП4 SP

О)ABOUT)

ISDISD

схsc

Изобретение относитс к метеорологии , в частности к дистанционному зондированию атмосферы, и может быть использовано дл дистанционного измерени профилей абсолютной температуры в атмосфере.The invention relates to meteorology, in particular, to remote sensing of the atmosphere, and can be used to remotely measure profiles of absolute temperature in the atmosphere.

Цель изобретени - повьшение точности определени температуры и увеличени дальности зондировани .The purpose of the invention is to increase the accuracy of determining temperature and increasing the range of sounding.

Способ реализуетс следующим образом .The method is implemented as follows.

В атмосферу посылают частотно-модулированный звуковой импульс, т.е. импульс, частота заполнени которого мен етс по какому-либо закону, и непрерывную радиоволну, принимают радиоизлучение, отраженное от квазипериодической неоднородности, создаваемой звуковой волной, измер ют до- гшеровский сдвиг частоты радиосигнала , вычисл ют температуру по измеренному значению доплеровского сдвига частоты.A frequency-modulated sound pulse is sent to the atmosphere, i.e. the pulse, the filling frequency of which varies according to some law, and the continuous radio wave, receive radio emission reflected from the quasi-periodic inhomogeneity created by the sound wave, measure the Dohsher frequency shift of the radio signal, calculate the temperature from the measured Doppler frequency shift.

Необходимость замены импульса с синусоидальной несущей частотно-модулированным вызвана следующим обсто тельством . Периодическа решетка, образованна импульсом с синусоидальным заполнением, обладает высокими резонансными свойствами, т.е эффективно отражает лишь те волны, дл которых условие Брэгга выполн етс с точностью - (-irNr , где N - число периодов в решетке. Так, при N 200 допустимое отклонение температуры составл ет ±1,0°, что существенно меньше реальных изменений температуры с высотой. Помимо уменьшени эффективности отражени при неточном вьшолнении услови Брэгга, искажаетс доплеровский спектр отраженного сигнала. Это св зано с тем, что результирующий спектр принимаемого радиосигнала формируетс в результате суперпозиции волн, отраженных от различных участков рассеивающего объема, скорость звука в котором мен етс от точки к точке из-за турбулентных флюктуации и градиента температуры, соответственно, допле- ровские сдвиги частот этих волн различны . При этом наиболее эффективно отражаютс волны от тех участков объема, где условие Брэгга вьшолн - етс точнее, вследствие чего результирующий доплеровский спектр не точно соответствует распределению скорости звука в рассеивающем объеме, а его центр т жести смещен в сторону частоты, соответствующей точному выполнению услови Брэгга.The necessity of replacing a pulse with a sinusoidal carrier frequency-modulated is caused by the following circumstance. A periodic lattice formed by a pulse with sinusoidal filling has high resonant properties, that is, it effectively reflects only those waves for which the Bragg condition is fulfilled with an accuracy of - (-irNr, where N is the number of periods in the lattice. So, for N 200, the allowable the temperature deviation is ± 1.0 °, which is significantly less than the real temperature changes with height. In addition to reducing the reflection efficiency when Bragg conditions are inaccurately fulfilled, the Doppler spectrum of the reflected signal is distorted. The resulting spectrum of the received radio signal is formed as a result of the superposition of waves reflected from different parts of the scattering volume, the sound speed in which varies from point to point due to turbulent fluctuations and temperature gradient, respectively, the Doppler frequency shifts of these waves are different. waves from those parts of the volume where the Bragg condition is more accurate, are effectively reflected, as a result of which the resulting Doppler spectrum does not exactly correspond to the distribution of the speed of sound in volume, and its center of gravity is shifted towards the frequency corresponding to the exact fulfillment of the Bragg condition.

Устранение этих эффектов возможно путем использовани решетки с равномерным коэффициентом отражени вElimination of these effects is possible by using a grating with a uniform reflection coefficient in

области возможных расстроек от. услови Брэгга. Такую рещетку можно получить , использу частотно-модулированный звуковой импульс. Величина девиации частоты должна составл тьareas of possible detuning from. condition Bragg. Such a grid can be obtained using a frequency-modulated sound pulse. The magnitude of the frequency deviation should be

5 t(0,2-0,5)% средней частоты, что определ етс величиной реальных градиентов и флюктуации температуры в ат- мо сфере о5 t (0.2-0.5)% of the average frequency, which is determined by the magnitude of the real gradients and fluctuations of the temperature in the atmosphere

Изменени температуры вдоль про0 Фил , привод щие к ослаблению сигнала из-за нарушени услови Брэгга при звуковом импулбсе с синусоидальным заполнением не вызывают уменьшени сигнала, отражающегос от решеткиTemperature changes along the projected Phill, which lead to a weakening of the signal due to the violation of the Bragg condition during a sound impulse with sinusoidal filling do not cause a decrease in the signal reflected from the lattice

5 с модулированным периодом, имеющей равномерный коэффициент отражени , и не искажают доплеровский спектр, отраженной радиоволны.5 with a modulated period having a uniform reflection coefficient, and do not distort the Doppler spectrum, the reflected radio waves.

Способ может быть реализован сThe method can be implemented with

0 помощью устройства, приведенного на чертеже. Устройство содержит передающую радиоантенну 1, акустический излучатель 2, приемную радиоантенну 3, радиопередатчик 4, усилитель 5 мощности звукового сигнала, радиоприемник 6, генератор 7 частотно-модулированного звукового импульса, блок 8 управл ющих импульсов, измеритель 9 частоты, вычислительное уст- дп ройство 10 и коммутатор 11.0 using the device shown in the drawing. The device contains a transmitting radio antenna 1, an acoustic emitter 2, a receiving radio antenna 3, a radio transmitter 4, an audio signal power amplifier 5, a radio receiver 6, a frequency-modulated sound pulse generator 7, a control pulse unit 8, a frequency meter 9, a computing device 10 and switch 11.

Claims

Invention Formula

The method of radioacoustic sounding of the atmosphere by sending a sound pulse, locating it with a radio wave and determining the temperature of the atmosphere from the Doppler frequency of the radio waves reflected from the sound pulse, characterized in that, in order to increase the accuracy of temperature determination and increase the range of sounding, A frequency-modulated sound pulse is used, the frequency deviation of which is ± (0.2 - 0.5)% of the average frequency.

35

I

P

//

(f

rff