Спосіб дистанційного виміру відносних змін температури повітря за допомогою акустичного зондування атмосфери

Спосіб дистанційного виміру відносних змін температури повітря за допомогою акустичного зондування атмосфери, що полягає у випромінюванні в атмосферу пакета гармонічних коливань звуку, його прийомі, перетворенні прийнятих звукових коливань в електричні, визначенні швидкості звуку, визначенні температури, який відрізняється тим, що здійснюють моностатичне зондування атмосфери в двох різних за кутом місця напрямках, у вертикальному і під деяким кутом місця, з однієї точки одночасно (чи по черзі), причому прийом розсіяних атмосферними неоднорідностями акустичних хвиль здійснюють через однаковий з моменту випромінювання час кожного напрямку у ту саму точку, крім того, прийом у вертикальному напрямку додатково здійснюють через час t 1 = t + Ati t 2 = t + At,де At може дорівнювати по величині вимірювальному стробу AtB|M, помножують ці коливання на коефіцієнт п, що визначають з умови одержання необхідної точності при збереженні однозначності фази, вимірюють початкову фазу прийнятих коливань для кожного напрямку, обчислюють різницю вимірюваних початкових фаз для заданих напрямків і визначають різницю швидкостей звукових хвиль для двох напрямків за формулою 360°R 1 Фн, - Фн2 = ТС 360°R 2 ТС Де 2 С 2 - швидкість звуку на ДІЛЯНЦІ R 2 , Т - період коливань звукової хвилі (причому приймається R1 = R2 ), з наступним визначенням відносних змін температури для двох напрямків, вимірюють початкові фази звукових коливань для вертикального напрямку, прийнятих у момент часу t-| = t +Ati t 2 = t - A t C T p | обчислюють за різницею виміряних початкових фаз різниці швидкостей звукових хвиль на ділянках Ah-] і Ah 2 за формулою _2 - АДф 2 _і = 360° Ah1 І О з_ 2 360° Ah 2 І О' '2-1 Де ДДфз_2=Фн3 - Ф н 2 , АДф 2 -1 =ФН 2 "ФИ,. Де Ah-i - відрізок висоти, розташований вище висоти, що відповідає прийому звукової хвилі в момент часу t 2 , Дп 2 - відрізок висоти, розташований нижче висоти, що відповідає прийому звукової хвилі в момент часу t 2 , тут Фн2 - початкова фаза прийнятої звукової хвилі через час t-| = t 2 , Фн3 - початкова фаза прийнятої звукової хвилі через час t = t 2 + At, Фн, - початкова фаза прийнятої звукової хвилі через час t = t 2 — At, С2_з - швидкість звуку на ДІЛЯНЦІ ВИСОТИ, розташо ваної вище висоти, яку вона мала в момент часу Фн, - початкова фаза прийнятого ехо-сигналу на ДІЛЯНЦІ R1 (для вертикального напрямку), С2_і' Фн2 - початкова фаза прийнятого ехо -сигналу на ваної нижче висоти, що вона мала в момент часу t 1 = t 2 , з наступним визначенням різниці температур для цих двох інтервалів висот ди 1 і Дгі 2 , і на підставі вимірюваної різниці температур вво ДІЛЯНЦІ R2 (для напрямку під кутом р), С-| - швидкість звуку на ДІЛЯНЦІ R 1 , швидкість звуку на ДІЛЯНЦІ ВИСОТИ, розташо ю (О 46521 дять поправки на висотний градієнт температури у вимірюване значення різниці температур для двох Винахід відноситься до радіолокаційної метеорологи, а саме до акустичних способів виміру параметрів атмосфери, і може бути використаний при складанні радюкліматичних карт і в роботах з контролю забруднення атмосфери Відомий спосіб дистанційного виміру температури повітря методом радіоакустичного зондування повітря (РАЗ), що включає випромінювання вертикально уверх в атмосферу акустичного імпульсу із синусоїдальним заповненням, опромінення акустичного імпульсу, що поширюється, електромагнітним сигналом, прийом відбитого від акустичного імпульсу електромагнітного сигналу, вимір частоти допплерівського зсуву (Бабкин С И и др Некоторые результаты измерения температуры воздуха системой радиоакустического зондирования // Работы 5 Всесоюзного совещания по радиометеорологии -М Московское отд Гидрометеоиздата, 1994р С 281 -284) Недоліком цього способу є сильний вплив на чутливість прийнятого сигналу вітру, що виявляється у порушенні дзеркальності між прийомним і передавальним променем антен через горизонтальне винесення акустичного пакета з точки перетину цих променів або його розвороту за рахунок градієнта швидкості вітру, а також вплив змін температури атмосфери, що виявляється у порушенні умови Брегга і, зрештою, - у втраті чутливості, якщо постійно не здійснювати підстроювання випромінюваної частоти звуку до змін температури Усе це ускладнює реалізацію даного способу для роботи його в автоматичному режимі Найближчим за технічною сутністю до запропонованого винаходу є спосіб дистанційного виміру температури повітря за допомогою акустичного зондування (Красненко Н П Акустическое зондирование атмосферы - Новосибирск Изд Наука, Сибирское отделение, 1986-С 112 - 118) у бістатичному режимі зондування шляхом виміручасу приходу сигналу з двох близьких висот і його вимірюваній часовій затримці приходу сигналу для цих висот і відомої для цих висот різниці висот визначають швидкість звуку як С = (Нг - Ні)т-і, а потім визначають температуру повітря для цієї ділянки висот як Нг і Н-і - прилеглі висоти, х - часовий зсув, Q - коефіцієнт Недоліком цього способу є низька точність визначення температури (нижче 1°К) за рахунок того, що вимірюють безпосередньо самі часові зсуви, які мають малі абсолютні величини, що призводить до високої відносної помилки при вимірі температури, а також відносна складність через розкиданість точок випромінювання і прийому, пов'язана з використанням у ньому бістатичного режиму зондування, що вимагає розносу місця випромінювання звуку і прийому звукових ехо 4 різних за кутом місця напрямків сигналів В основу винаходу способу дистанційного виміру відносних змін температури повітря за допомогою акустичного зондування атмосфери покладено задачу шляхом моностатичного зондування в двох різних за кутом місця напрямках, визначення відносних змін швидкостей звуку і відносних змін температури повітря забезпечити більш високу точність способу, розширити його функціональні можливості і спростити його Ця задача вирішена наступним чином У способі дистанційного виміру відносних змін температури повітря за допомогою акустичного зондування атмосфери, який полягає у випромінюванні в атмосферу пакета гармонійних коливань звуку і його прийомі, перетворенні прийнятих звукових коливань в електричні, визначенні за відомими формулами швидкості звуку, а потім визначенні температури, ВІДПОВІДНО до винаходу, здійснюють моностатичне зондування атмосфери в двох різних за кутом місця напрямках, у вертикальному і під деяким кутом місця, з однієї точки одночасно (чи по черзі), причому прийом розсіяних атмосферними неоднорідностями акустичних хвиль здійснюють через однаковий з моменту випромінювання час At для кожного напрямку у ту саму точку, що відповідає однаковій дальності прийому, крім того, прийом до вертикального напрямку додатково здійснюють через час ti = t + At і Ь = t - At, де At дорівнює за величиною вимірювальному стробу AtBiH, помножують ці коливання на коефіцієнт п, що визначають з умови одержання необхідної точності при збереженні однозначності фази, вимірюють початкові фази коливань для кожного напрямку, обчислюють різницю виміряних початкових фаз для заданих напрямків і визначають різницю швидкостей для двох напрямків за формулою 360° Д, 360° і?5 де фНі - початкова фаза прийнятого ехосигналу на ДІЛЯНЦІ RI (ДЛЯ вертикального напрямку), фНг - початкова фаза прийнятого ехо-сигналу на ДІЛЯНЦІ R2 (для напрямку під кутом р), Сі - швидкість звуку на ДІЛЯНЦІ R I , С2 - швидкість звуку на ДІЛЯНЦІ R2, Т - період коливань звукової хвилі (причому приймається Ri = R2), з наступним визначенням відносних змін температури для двох напрямків, вимірюють початкові фази звукових коливань для вертикального напрямку, прийнятих у момент часу t-і = t + AtCTp і h t - AtCTp, і обчислюють за різницею виміряних початкових фаз різниці швидкостей звукових хвиль на ділянцях Ah-i, і Дгі2 за формулою 46521 360° Ah, 360° Ah T С3-2 С2-ї ДЄ де Лги - відрізок висоти, розташований вище висоти, що відповідає прийому звукової хвилі у момент часу Ь, Дгі2 - відрізок висоти, розташований нижче висоти, що відповідає прийому звукової хвилі у момент часу t2, тут фн2 - початкова фаза прийнятої звукової хвилі через час ti = Ь, Фнз - початкова фаза прийнятої звукової хвилі через час t = \.2 + At, Фні - початкова фаза прийнятої звукової хвилі через час t = t2- At, С2 з - швидкість звуку на ДІЛЯНЦІ ВИСОТ, розташованої вище висоти, яку вона мала в момент часу ti = t2, С21 - швидкість звуку на ДІЛЯНЦІ ВИСОТ, розташованої нижче висоти, яку вона мала в момент часу ti = t2, з наступним визначенням різниці температур для цих двох інтервалів висот Аги, і Дгі2 і на підставі вимірюваної різниці температур введення поправки на висотний градієнт температури у вимірюване значення різниці температур для двох різних за кутом місця напрямків Розглянемо більш докладно запропонований спосіб На фіг 1 схематично зображено поширення двох звукових хвиль, що відрізняються за довжиною На фіг 2 подано положення двох вимірювальних стробів для двох різних швидкостей звуку в момент часу t через час At після випромінювання звуку На фіг 3 у логарифмічному масштабі залежність різниці між дійсним і вимірюваним значенням Дф у залежності від величини ДС На фіг 4 зображено імпульси, сформовані з коливань опорної частоти (одна ЛІНІЯ) І коливань прийнятого сигналу (подвійна ЛІНІЯ) ДЛЯ запуску лічильника фази (випадок, коли немає допплерівського зсуву частоти) На фіг 5 те саме, що і на фіг 4 (але для випадку, коли є присутнім допплерівський зсув частоти і коли частота прийнятого сигналу більше частоти опорного сигналу) На фіг 6 те саме, що і на фіг 5, але для випадку, коли частота прийнятого сигналу менше частоти опорного сигналу На фіг 7 подана функціональна схема пристроїв для перевірки впливу допплерівських зсувів частоти на вимірювану величину початкових фазових зсувів На фіг 8 - експериментальна залежність вимірюваної початкової фази прийнятої звукової хвилі з дальності 100м для двох різних за кутом місця напрямків На фіг 9 зображена функціональна схема пристрою, за допомогою якого можна реалізувати 6 запропонований спосіб У таблиці 1 подані очікувані помилки у визначенні різниці швидкостей звукових хвиль У таблиці 2 представлена залежність величини ІдДфн, від ІдДС, яка розрахована на підставі даних таблиці 1 Суть способу дистанційного виміру відносних змін температури повітря за допомогою акустичного зондування атмосфери полягає у вимірі відносних змін швидкості звуку С в залежності від кута місця, а потім на підставі отриманих даних обчислюють ВІДНОСНІ зміни температури Визначення відносних змін швидкості звукових хвиль здійснюють на підставі порівняння вимірюваних початкових фаз часових коливань прийнятих звукових хвиль для двох кутів місця, які спостерігаються в один і той самий час з моменту випромінювання, що відповідає однаковій дальності R від джерела звуку В основу способу покладено відомий факт, що фаза звукової хвилі на тій самій відстані R від джерела звуку у фіксований момент часу t залежить тільки від довжини хвилі X, а отже, від швидкості звуку С, оскільки швидкість звуку С з довжиною хвилі X зв'язана відомим співвідношенням (1) Тут Т - період коливань хвилі, що, як відомо, при ЗМІНІ швидкості звуку С в результаті зміни температури атмосфери Т не змінюється Проте зміна швидкості звуку С і ВІДПОВІДНО ДО ЦІЄЇ ЗМІНИ зміна довжини хвилі X при незмінному періоді коливань звукової хвилі Т призводить, як відомо, до зміни початкового фазового зсуву Дфн між початковою фазою часових коливань прийнятої звукової хвилі фн пр і фазою часових коливань випромшеної звукової хвилі Дфн вип, яку вона мала на момент випромінювання t B m Цей фазовий зсув Дфн визначається часом t, необхідним звуковій хвилі, що має швидкість С, аби пройти відстань R з моменту випромінювання звукової хвилі Його R величина *с --^ або, якщо представити цей час t c у фазі часових коливань звукової хвилі, одержимо фазовий зсув між фазою часових коливань звукової хвилі, прийнятої з відстані R, фпр і фазою часових коливань випромшеної звукової хвилі у момент и випромінювання Дфвипр 2я 2л- R "р Т •* ТС Таким чином, на таку величину по фазі (див (1)) прийнята звукова хвиля відстане від випромшеної хвилі, після проходження шляху R і маючи швидкість С, З виразу (1) випливає, що чим більше швидкість звуку С, тим на меншу величину по фазі звукова хвиля відстане від фази випромшеної хвилі, проходячи той самий шлях У даному випадку із зростанням величини С значення фнф зменшується Якщо ж ми порівнюватимемо фазовий зсув між фазою часових коливань випромшеної звукової хвилі фвипр, що вона мала на момент прийому звукової хвилі, тобто через час At після початку випромінювання, то одержимо такий вираз 46521 С-і) 3 фіг 2 випливає, що вимірювані строби для двох швидкостей звуку, що відрізняються, не цілком перекриваються за висотою, що, природно, призведе до помилки при вимірі різниці усереднених за кожен вимірюваний строб початкових фазових зсувів В таблиці 1 подані очікувані помилки (5) у визначенні різниці початкових фазових зсувів для різних значень різниці швидкостей звуку АС для двох сусідніх вимірюваних стробів Розрахунок робиться так Спочатку для обраних значень ДС обчислювалося середньоарифметичне значення початкової фази для кожного з двох стробів тільки для відстаней, що перекриваються, потім теж обчислювали середньоарифметичне, але вже для реального розташування стробів за дальністю Для розрахунку фази використовувався вираз Ф= (де 2л ж R т с т - період звукових коливань, у нашому З випадку він приймав е рівним 1*10 Зсек) р Розрахунок робиться з кроком у 1метр для вимірюваного строба Atcnh - 0 033с і для строба дальності Atch = 0 Зс (це параметри застосовуваного нами на практиці акустичного локатора) З таблиці 1 випливає, що між дійсним значенням Дфн (випадок, коли вимірювані строби цілком перекриваються за висотою і реально обмірюваними значеннями (коли два вимірюваних строба не цілком перекриваються за висотою) існує розходження, яке зі зменшенням величини ДС зменшується Так, для ДС = 1м/с помилка між вимірюваним і дійсним значенням складає «20%, тоді як при ДС = 0,05м/с ця помилка зменшується до 13% і наближається до нуля десь при ДС = 0,015м/с (це випливає з графіка фіг 3, де у логарифмічному масштабі подана залежність різниці між істинним і обмірюваним значенням Дер у залежності від величини ДС) З фіг 3 випливає, що розходження між обмірюваним та істинним значенням Дер наближається до нуля десь для значень ДС = 0,015м/с У цьому випадку можна не враховувати помилку, пов'язану з неповним збігом вимірюваних стробів Для ДС > 0,015м/с систематичну помилку, обумовлену неповним збігом стробів, необхідно враховувати, розрахувавши и заздалегідь для очікуваних у вимірах значень Дер і Діїстробвім (Зі збільшенням Дістробвім помилка зменшується) На підставі поданого тут аналізу можна зробити висновок про те, що заміна стробування за дальністю (висотою) на стробування за часом призводить до систематичної помилки вимірюваних відносних змін температур, що може бути виключена шляхом розрахунку и для очікуваних у вимірах значень ДС Отже, можна переконатися, що заміна стробування за висотою на стробування за часом не призводить до помилок у вимірі відносних змін температури пропонованим способом 10 Тепер розглянемо можливість впливу допплерівського зсуву частоти на точність вимірюваних відносних змін температури Оскільки при акустичному зондуванні температурні неоднорідності, що розсіюють звукові хвилі, переміщаються вітром, то це неминуче призведе до допплерівських зсувів частоти і, отже, до зміни фазових характеристик ехо-сигналів Усе це може вплинути на точність вимірюваних початкових фазових зсувів прийнятих акустичних хвиль У зв'язку з цим були проведені спеціальні дослідження цього питання Вплив допплерівського зсуву частоти, пов'язаного з переміщенням температурних неоднорідностей вітром, при вимірі початкових фазових зрушень перевірявся графічно і на лабораторному макеті Розглянемо графічну оцінку впливу допплерівських зсувів частоти на вимірювані початкові фазові зсуви Оцінити ВПЛИВ допплерівської частоти на вимірювані початкові фазові зсуви можна шляхом зіставлення часових діаграм прийнятого й опорного сигналів, використовуваних при формуванні часових інтервалів, пропорційних початковому фазовому зсуву між цими коливаннями У даному випадку під опорною частотою розуміється частота електричних коливань, з яких формуються випромінювані звукові хвилі На фіг 4, 5, 6 представлені імпульси, сформовані з коливань опорної частоти (одна ЛІНІЯ) І коливань прийнятого сигналу (подвійна ЛІНІЯ) ДЛЯ запуску лічильника фази На фіг 4 розглянуто випадок, коли немає допплерівського зсуву частоти і тому частота прийнятого й опорного сигналу рівні між собою У цьому випадку початковий фазовий зсув між коливаннями опорної і прийнятої частоти не змінюється в часі і його величина визначається як середньоарифметичне значення, знайдене за прийнятий вимірюваний інтервал (ДФНЗЧ = На фіг 5, 6 розглянуто випадки, коли є присутнім допплерівський зсув частоти і частота прийнятого сигналу не дорівнює опорній (випромшеній) частоті На фіг 5 розглянуто випадок, коли частота прийнятого сигналу більше частоти опорного сигналу, а на фіг 6 - коли частота прийнятого сигналу менше частоти опорного сигналу, пунктиром на обох рисунках подані коливання сигналу, які зсунуті по фазі на деяке значення ДфПОч щодо опорної частоти Зазначимо, що оскільки, як відомо, фаза звукової хвилі завжди відстає від фази випромшеноі (у нашому випадку випромшена - це опорна частота), то на всіх графіках коливання прийнятого сигналу зображені відстаючими від коливань опорної випромшеної частоти З фіг 5, 6 випливає, що, по-перше, при нульовому початковому фазовому зсуві різниця фаз між цими коливаннями в одному випадку (фіг 6), коли частота прийнятого сигналу менше опорної різниця фаз зросте від мінімального значення до максимального («360°), в іншому випадку (фіг 5), коли частота прийнятого сигналу більше опорної частоти, різниця фаз падає від максимального значення («360°) до мінімального, близького до нуля При 11 46521 12 чому така картина повторюється з частотою б и т в фазових зсувів, що будуть складатися із суми фаміж цими частотами Фазовий зсув змінюється ЛІзового зсуву, обумовленого допплерівською часНІЙНО Середнє значення цього фазового зсуву за тотою, Дфрср і початкового фазового зсуву фн, зв'явимірюваний інтервал, що значно перевищує заного з температурою атмосфери У цьому випадку буде битв, період визначатиметься як Причому його величина практично не залежить від величини допплерівського зсуву частоти і її знака (тут маються на увазі реальні зміни частоти прийнятого сигналу, які спостерігаються звичайно на практиці при акустичному зондуванні, що звичайно складають порядку 10% від випромінюваної частоти) Для швидкостей вітру, які спостерігаються звичайно при акустичному зондуванні атмосфери (вони складають порядку 0,5 -ь 20м/с) частота Допплера змінюватиметься від 3 до 130Гц У цьому випадку період битв складатиме « 1 - — = « 0,3-10" 10"3с З 130 Для випадку застосування множення частоти (у нашому практичному випадку частота збільшувалася в 32 рази) мінімальна частота «100Гц, а максимальна «4000Гц При вимірюваному інтервалі фазометра (у нашому конкретному випадку він складав «30*10 3С) 30*10 3С за вимірюваний інтервал для мінімальної частоти Допплера 100Гц ми зможемо виміряти біля трьох циклів биттів, а для максимальної допплерівської частоти «4000Гц КІЛЬКІСТЬ таких циклів буде в 40 разів більше, тобто «120, причому КІЛЬКІСТЬ вимірів у кожному такому циклі становитиме «10 Таким чином, для всіх допплерівських зсувів, що спостерігаються, ми за вимірюваний інтервал обов'язково виміряємо не менше одного періоду, тобто коли Дф за рахунок допплерівського зсуву частота зміниться Дф«0 до Дф«360° Отже, обмірюване середнє значення Дф, зв'язане з допплерівським зсувом частоти, буде для всіх розглянутих значень швидкостей вітру 360° практично однаковим, близьким —-— 3 фіг 5, 6 випливає, що середнє значення фазового зсуву Дфр, обумовленого допплерівською частотою, дорівнюватиме п п (на фіг 5, 6 Дфо = 7 умовних одиниць) На фіг 5, 6 пунктиром зображені коливання прийнятої частоти, але з початковим фазовим Дфн (на рис 5, 6 Дфн = 2 умовним одиницям) У цьому випадку середнє значення вимірюваного фазового зсуву визначатиметься як я п г> '* *• " Отже, вимірюване значення початкового фазового зсуву між прийнятою й опорною частотою складатиметься із суми середнього значення фазового зсуву, обумовленого допплерівським зсувом частоти, Дфрср і початкового фазового прийнятого сигналу фн При вимірі відносних змін температури ми порівнюватимемо вимірювані значення початкових (ОСКІЛЬКИ Дфрср 1 = ДфРср 2) Таким чином, на підставі даного аналізу можна зробити висновок про те, що допплерівський зсув частоти практично не впливає на величину різниці початкових фаз, зв'язаної з температурою атмосфери Отримані тут висновки на підставі графічного аналізу можна перевірити експериментально, промоделювавши це на макеті Розглянемо експериментальну перевірку впливу допплерівських зсувів частоти на вимірювану величину початкових фазових зсувів Для експериментальної перевірки використовувався макет, функціональна схема якого подана на фіг 7 На входи фазометра 1,2 подавалися одночасно два види електричних коливань звукової частоти На один вхід подавалися коливання 1,027кГц від кварцевого генератора, а на другий вхід від звукового генератора частота, котра могла плавно змінюватися Причому коливання від цього кварцевого генератора подавалися на фазометр через фазозсувальний ланцюжок, а з другого кварцевого генератора подавалися на фазометр електричні коливання, минаючи фазозсувальний ланцюжок Обидва коливання подавалися на фазометр через помножувач частоти, де вони збільшилися в 32 рази Спочатку на фазометрі вимірялася різниця фаз між коливаннями, ще подавалися з кварцевого генератора і звукового генератора з перемінною частотою, причому на цьому генераторі частота встановлювалася різною в 1027 ± 50Гц і на кожній установленій частоті вимірявся початковий фазовий зсув для різних значень фазового зсуву, встановленого на фазозсувальному ланцюжку Дані фазометра фіксувалися стрілочним індикатором фазометра і реєструвалися оператором При ЗМІНІ частоти звукового генератора в ±50Гц показання фазометра практично не змінювалися Вони тільки змінювались при ЗМІНІ положення ручки фазозсувального ланцюжка При одному крайньому положенні ручки фазозсувального ланцюжка фазовий зсув становить Дфн « 97°, при іншому крайньому положенні - Дфн« 32° Потім на обидва входи фазометра подавалися коливання з того самого виходу звукового генератора Цим імітувалася відсутність допплерівського зсув частоти На один вхід фазометра коливання подавалися через фазозсувальний ланцюжок, а на ІНШІЙ - минаючи його Показання стрілочного індикатор фазометра в цьому випадку для двох крайніх положень ручки фазозсувального ланцюжка складали «93° і «28° Таким чином, у першому випадку, коли змінювалася частота одного з генераторів ±50Гц, різниця показань початкових фаз на фазометрі складала 97° - 32° = 65° другому випадку, коли частота звукового генератора не змінювалася, вона склала 13 таку ж величину 93°-28° = 65° Таким чином, за даними цього експерименту можна зробити висновок про те, що вплив змін частоти одного з генераторів (що імітувало ефект Допплера) н позначається на ЗМІНІ різниці фаз між двома коливаннями, якщо частота одного них змінюватиметься в ± 50Гц (тобто в очікуваних в експериментах для частот зондування «1 кГц) Розкид показань стрілочного індикатора фазометра при запаралеленому вході фазометра (тобто коли на обидва входи фазометра подавалися коливання однієї і тієї самої частоти) був дещо менше, ніж для випадку, коли на обидва вход фазометра подавалися коливання різної частоти У першому випадку коливання показань стрілочного індикатора склали «1,3%, у другому - «2,5% Отримані результати експерименту узгоджуються з висновками, отриманими вище на підставі графічного аналізу, і дозволяють прийти до наступного 1) Вплив допплерівського зсуву частоти на вимірювану різницю початкових фаз, практично не повинен позначатися 2) Допплерівський зсув частоти може приводити лише до завищення вимірюваної величини початкових фаз на «5%, причому для всіх очікуваних частот Допплера ця величина має бути приблизно однаковою Розглянемо вплив висотного градієнта температури атмосфери на вимірювані ВІДНОСНІ значення початкових фазових зсуву у двох різних за кутом місця напрямках При наявності висотного градієнта температури на вимірювані ВІДНОСНІ значення різниці початкових фаз, у двох різних за кутом місця напрямках буде позначатися наявність висотного градієнта температури Справа в тому, що при однаковій дальності R (однаковому часі стробування) при похилому зондуванні висота зондування порівняно з вертикальним зменшується в cosa разів (де a - є кут між вертикаллю і напрямком зондування) Це, природно, призведе при наявності висотного градієнта температури до того, що середнє значення температури для однакових відстаней зондування для двох напрямків зондування буде неоднаковим Так, при зменшенні температури з висотою середнє значення температури для похилого зондування завжди буде більше, ніж для вертикального, а для негативних градієнтів температури (коли температура з висотою зростає) середнє значення температур для похилого зондування завжди буде менше ніж для вертикального і зрештою призведе до того, що для позитивних градієнтів температури за рахунок впливу висотного градієнта вимірюване значення температури при похилому зондуванні завжди буде завищено, а при негативних градієнтах температури завжди занижено Для того щоб усе це врахувати, в пропонованому способі відбувається одночасно з виміром відносних змін температури повітря в залежності від кута місця вимір відносних змін температури з висотою для тієї самої висоти, де відбувається порівняння температур за кутом місця для того, щоб врахувати цей вплив в отриманих результатах Для цього вимірюється відносна різниця температур у двох точ 46521 14 ках, одна з яких вище точки, у котрій вимірювана температура порівнюється з температурою, вимірюваною при похилому зондуванні, а інша на такій самій відстані знаходиться нижче цієї точки Відносна різниця температур у цих точках визначається за формулою, наведеною в описі і формулою винаходу, на підставі вимірюваних початкових фаз для цих висот Оцінимо ТОЧНІСТЬ виміру температури пропонованим способом, його чутливість і діапазон вимірюваних температур Приблизно оцінити чутливість пропонованого способу і його точність виміру відносних змін температури можна на підставі графіка, наведеного на фіг 8 На цьому графіку подана часова залежність початкової фази фн акустичного ехо-сигналу, прийнятого з висот 50р через О.Зсек після випромінювання звукової хвилі Для двох напрямків для вертикального і для кута a «22° Результат, отриманий на акустичному локаторі, технічні параметри якого подані в розділі опису способу, де ф, визначається як 360° 4 360°R ... — ти ~ /п т m Л/ *•*' с _ (11 • \Ч Тому що величини At i R фіксовані, часові зміни величини фн можуть бут зв'язані тільки зі змінами швидкості звукової хвилі С Причому, із зростання, величини значення фн має збільшуватися Це випливає з формули (1) Як випливає з графіка 8, максимальна величина змін фн складає «100° Тому що на графіку подані зміни величини фн множення в 32 рази, то істинне значення складатиме фн 100 32«3° Скористаємося формулою визначення відносних змін швидкості звуку наведеної в заявці й оцінимо, якому значенню ДС відповідатиме величина Дф = 3° 360° * Я, 360° * ^ (2) Г.* С, т* Ч "-І Прийнявши Сі = 340м/с, а також прийнявши Ri = R2 = 50*2 = ЮОр , Т = 1*10 Зс з виразу (2) знайдемо величину С2 Знайдена величина С2 = 340,010м/с Користуючись виразом С = 20VT знайдемо для Сі і С2 значення Т Вони виявилися рівними для Сі Ті° = 289°К, для С2 Т2° = 289,02°К Т2 - "Л = 0,02°К Оскільки часові зміни величини фн на графіку носять не випадковий характер, а плавно змінюються в часі, то можна припустити, що ці зміни фн пов'язані зі змінами температури атмосфери, а не є результатом помилок Оскільки ЦІ ЗМІНИ фн відповідають змінам температури на 0,02°К, то можна прийти до висновку, що пропонований спосіб дозволяє вимірювати ВІДНОСНІ ЗМІНІ температури атмосфери величиною < 0,02°К, а отже, і помилка виміру відносиш змін температури пропонованим способом повинна бути значно менше 0,02° чи принаймні не гірше 0,02° Щодо діапазону вимірюваних величин відносних змії температури пропонованим способом, то його нижня межа визначається помилками виміру і повинна бути значно менше величини 0,02°К Верхню межу знайдемо зі співвідношення (2) для випадку Дф = 360°, Ri = R2 = 100м, Ті = 1*10 3 сСі = 340м/с 15 360° = 360° * Rs 46521 360° * T * (2) З виразу (2) величина C-z = 341,16м/с, для Сі Ті = 289°, для С2 Т2 = 290,975° ДТ = 290,975-289 = О 1,975«2 К Висновок верхня межа діапазону виміру зміни температури атмосфері запропонованим способом «2°К (це досягається, коли частота коливань прийнятої звукової хвилі не примножується) Нижня межа досягається за рахунок множення частоти коливань прийнятої звукової хвилі й обмежується впливом помилок Його величина має бути значно менше 0,02° Розглянемо пристрій для реалізації пропонованого способу, функціональна схема якого подана на фіг 9, що містить акустичну антену 1, акустичний локатор 2, вхід якого підключений до акустичної антени 1, а вихід - до входу блок, помножувачів 3, вихід якого підключений до входу імпульсного фазометра 4 приєднаний до ЕОМ 5, виходи якої приєднані до входів акустичного локатора 2 та імпульсного фазометра 4 Робота пристрою За сигналом з ЕОМ 5 акустичний локатор 2 через акустичну антену 1 випромінює пакет гармонійних акустичних коливань в атмосферу Після ЧОГО акустична антена 1 переключається на прийом і ведеться прийом акустичних ехо-сигналів, розсіяних атмосферними неод 16 норідностями В акустичному локаторі 2 прийняті звукові коливання перетворюються в електричні коливання і надходять до блока помножувачів З, де вони збільшуються в задану КІЛЬКІСТЬ разів п Одночасно до блока помножувачів 3 з акустичного локатора 2 надходять електричні коливання, з яких формуються в акустичному локаторі 2 випромінювані звукові коливання, і збільшуються в таке ж число разів п, що і прийняті коливання 3 блока помножувачів 3 коливання надходять до фазометра 4 У фазометрі 4 виміряється різниця початкових фаз між прийнятими коливаннями і випромшеними Потім З фазометра 4 вимірювані таким способом дані надходять до ЕОМ 5, де за заданим алгоритмом обчислюються всі необхідні дані Як бачимо з вищесказаного, пропонований спосіб дає значно (більш ніж на порядок) вищу точність виміру температури, є більш простим, а отже, більш надійним у роботі порівняно з відомим способом Крім того, використання моностатичного режиму зондування дозволяє розширити функціональні можливості способу, зокрема робити вимір відносних змін температури повітря в залежності від кута місця, що у відомому способі в принципі не можливо здійснити, а також застосувати пропонований спосіб на обмежених за величиною площадках (на дахах будинків, на кораблях тощо) Таблиця 1 Значення величин С в парі і різниця між ними А С Відповідні ним значення температур для 1Ш30=10м/