SU918922A1 - Устройство дл измерени вектора скорости ветра - Google Patents

Description

Изобретение относитс  к облает метеорологии и может быть использовано дл  измерени  полного вектора скорости ветра в атмосфере.

Известны устройства дл  измерени  вектора скорости ветра, содер .жащие антенну, задающий генератор, усилитель мощности, синхронизатор, переключатель прием-передача, входной антенный усилитель, полосовой фильтр, спектроанализатор и электронно-вычислительный блок.

Принимаемый акустический сигнал подвергаетс  спектральному анализу. Вначале определ етс  его энергетический спектр (спектр мощности), а затем определ етс  средн   частота сигнала как средневзвешенна  по энергетическому спектру, т.е. по его центру т жести l.

Недостатком указанных устройств дл  измерени  вектора скорости ветра  вл етс  то, что при наличии частотной расстройки между централь-,

ной частотой энергетического cnetfrра исследуемого акустического си|- нала и центральной частотой приемной системы (входного полосового фильтра), что всегда наблюдаетс  на практике, и при наличии шумов, измерение скорости ветра такими устройствами будет сопровождатьс  значительными систематическими ошибками .

10

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому  вл етс  устройство дл  измерени  вектора скорости ветра, содержащее последовательно соединенные задающий гене«5 ратор, усилитель мощности и передающую антенну, три приемных канала,каждый из которых выполнен из последовательно соединенных приемной антенны , входного антенного усилител ,

20

.полосового фильтра и спектроанализатора , синхронизатор, соединенный

с задающим генератором и спектроана-лизаторами приемных каналов, счет391

но-решающий блок, соединенный с выходами спектроанализаторов и со входом устройства отображени . При этом передающа  антенна ориентирована вертикально вверх, а три приемные антенны расположены на окружности некоторого радиуса с центром в меСТе расположени  передатчика и разнесены на угол 120 относительно друг друга. Оси направленности всех трех антенн наклонены к горизонтали на определенный угол -0 и сориентированы на осевую линию передающей антенны 2.

Недостатком известного устройства дл  измерени  вектора скорости ветра  вл етс  то, что при наличии частотной расстройки между центральной частотой энергетического спектра исследуемого акустического сигнала и центральной частотой приемной системы (входного полосового фильтf )a) , что всегда наблюдаетс  на практике и при наличии шумов, измерение скорости ветра в каждом канале устойства будет сопровождатьс  значительными систематическими ошибками. При определении полного вектора скорости эти ошибки еще более возрастут .

Цель изобретени  - повышение точности измерени  вектора скорости ветра в атмосфере.

Указанна  цель достигаетс  тем, что устройство дл  измерени  вектора скорости ветра, содержащее последовательно соединенные задающий генератор , усилитель мощности и передающую антенну, три приемных канала, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных приемной антенны, входного антенного усилител , полосового фильтра и спектроанализатора, синхронизатор, соединенный с задающим генератором, и счетно-решающий блок, снабжено счетным триггером, формирователем признака Запись-считывание и введенными в каждый канал последовательно соединенными коммутатором , блоком пам ти и блоком вычитани , причем вход счетного триггера соединен с выходом синхронизатора , а выход - со входами коммутаторов каждого канала, соединенных вторыми входами с выходами спектроанализаторов , и со входом формировател  признака Запись-считывание, выход которого соединен со вторыми

24

входами блоков пам ти каждого канала , второй выход коммутаторов каждого канала соединен со вторыми входами блоков вычитани , выходы которых подключены ко входу счетно-решающего блока.

На чертеже представлена блок-схема устройства дл  измерени  вектора скорости ветра.

Устройство дл  измерени  вектора скорости ветра содержит передающий канал, состо щий из последовательно соединенных задающего генератора 1, усилител  2 мощности и передающей антенны 3, и три приемных канала, каждый из которых выполнен из последовательно соединенных приемной антенны k, входного антенного усилител  5. полосового фильтра 6, спектроанализатора 7, коммутатора 8, блока 9 пам ти и блока 10 в.ычитани . Ко входу задающего генератора 1 подсоединен синхронизатор 11, к выходу которого подключен счетный триггер 12, выход которого соединен со вторыми входами коммутаторов 8 каждого канала и со.входом формировател  признака Запись-считывание 13 выход которого соединен со вторыми входами блоков 9 пам ти каждого канала , второй выход коммутаторов 8 каждого канала соединен со вторыми входами блоков 10 вычитани , выходы которых подключены ко входу счетнорешающего блока Н. При этом передающа  антенна 3 ориентирована вертикально вверх, а три приемные антенны Ц расположены на окружности некоторого радиуса с центром в месте расположени  передатчика и разнесены на угол 120 относительно друг друга. Оси направленности всех трех приемных антенн k наклонены к горизонтали на определенный угол ® и сориентированы на осевую линию передающей антенны 3

Устройство работает следующим образом.

На первом этапе производитс 

определение энергетического спектра шума G|(f), где i 1,2,3 номер приемного канала, и занесение его в соответствующую каналу пам ть устройства. При этом в передающий

Claims (2)

1. канал устройства (блоки 1, 2, 3) с синхронизатора 11 поступает импульс запрета, и передающий канал отключаетс , т.е. производитс  только прием окружающих устройство дл  измерени  вектора скорости ветра акустических шумов. В это врем  коммутаторы 8 каждого приемного канала , управл емые счетным триггером 12 и синхронизатором 11, подключают внутри каналов выходы спектроанализаторов 7 к входам блоков 9 пам ти. При этом акустические шумы принимаютс  всеми трем  приемными антеннами 4, преобразуютс  в электрические колебани  и далее внутри каждог канала усиливаютс  во входных антен ных усилител х 5 и после прохождени  полосовых фильтров 6 подаютс  на спектроанализаторЫ 7- Далее значени  энергетического спектра шума полученные на выходах спект роанализатрров 7. через коммутаторы 8поступают в блоки 9 пам ти. На втором этапе работы, этапе зондировани  , коммутаторы 8 подключают выходы спектроанализаторов 7 ко входам блоков 10 вычитани , в на задаю щий генератор 1 с синхронизатора 11 поступает импульс запуска. Задающий генератор 1 генерирует электрические колебани  нужной частоты f,.,, которые усиливаютс  усилителем 2 мощности и поступают на передающую антенну 3 где они преобразуютс  в акустические.колебани  и излучаютс  Далее отраженный от неоднородностей атмосферы акустический сигнал вместе с окружающими шумами принимаетс  приемными антеннами 4, преобразуетс  в электрический сигнал и внутри каждого канала усиливаетс  входными антенными усилител ми 5, фильтруетс  в полосовом фильтре 6 и поступае на спектроанализатор 7, где определ етс  его энергетический спектр G(f). Далее значение энергетическо спектра Gl (f) через коммутатор 8 поступает на вход блока 10 вычитани это врем  с формировател  признака Запись-считывание 13, управл е мого синхронизатором VI и счетным триггером 12, на второй вход блока 9пам ти поступает команда Считывание , и происходит считывание ранее определенных значен.ий энергети f из блока ческого спектра шума Gj.(f) 9 пам ти на второй вход блока 10 вычитани , где определ етс  разност спектра сигнала прин того из атмосф ры и спектра шума, т.е. ui(f) ) - Glj{f). Далее знамени  A(f), uj() и t(f) поступают на счетно-решающий блок 1. Центр т жести спектра прин того сигнала в каждом канале равен , -™-/V где ( Z 1, 2, 3; Af - ширина полосы пропускани  полосового фильтра 6. Проекци  вектора скорости ветра на каждое из трех направлений зондировани  - -- .i-i- 2 fnv sinf+1 V о допплеровский сдвиг частоты прин того сигнала; 01 относительно частоты излучаемого сигнала С - скорость звука; б - угол между горизонталью и осью направленности i --ЛЙ антенны ( ). Полага , что ось антенны 1 ориенирована в направлении оси X, а счет стальных двух приемных антенн произодитс  против часовой стрелки, ассчитываютс .искомые ортогональные оставл ющие вектора скорости вета в пр моугольной системе коордиат XYZ - Vj, V.. -Л 51Пф v -l(v + v + ак Ф--|--|-. Таким образом, в предлагаемом стройстве скорость ветра определ тс  по измеренной разности энергеического спектра сигнала, полученого при непосредственном зондироваии атмосферы и энергетического пектра окружающего локатор шума. так как, средние статистические арактеристики акустического шума остаточно стабильны, по крайней ере, за врем  одного цикла измереНИИ (не более 6 с), то это позвол ет утверждать о компенсации его вли ни  на средние характеристики измерений скорости ветра, т.е. об уменьшении систематических ошибок измерений. Формула изобретени  Устройство дл  измерени  вектора скорости ветра, содержащее последовательно соединенные задающий генер тор, усилитель мощности и передающу антенну, три приемных канала, кажды из которых выполнен из последовательно соединенных приемной антенны входного антенного усилител , полосового фильтра и спектроанализатора синхронизатор, соединенный с задающим генератором, и счетно-решающий блок, отличающеес  тем, что, с целью повышени  точности, оно снабжено счетным триггером, формирователем признака Запись-счи тывание, и введенными в каждый канал последовательно соединенными коммутатором, блоком пам ти и блоком вычитани , причем вход счетного триггера соединен с выходом синхронизатора, а выход - с входами коммутаторов каждого канала, соединенных вторыми входами с выходами спектроанализаторов и с входом формировател  признака Запись-считывание , выход которого соединен с вторыми входами блоков пам ти каждого , канала, второй выход Коммутаторов каждого канала соединен с вторыми входами блоков вычитани , выходы которых подключены к входу счетнорешающего блока. Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе 1.Вегап aw., V/ilemarth В.С Carsey I. С., Hall I. I. An Acoustic oppler Wind Lfeasuring System, Jourial o the Acoustical Society of merica, 1974, vol. 55, , p.334-338.
2. 2.Патент США № 3889533, кл. 73-189, 17.06.75 (прототип).