Спосіб виміру вертикальної складової швидкості вітру за результатами акустичного зондування

Винахід відноситься до вимірювальної техніки, а саме до техніки вимірів метеорологічних параметрів і може бути використаний в системах дослідження прикордонного шару атмосфери і контролю його забруднення шкідливими викидами. Найбільш близьким по сукупності ознак є спосіб акустичного зондування атмосфери (D.W. Beran, CG. Little and B.C. Willmarth. Acoustic Doppler Measurements of Vertical Velocities in the Atmosphere. Nature, Vol. 230, March, 19. 1971. P. 160-162.) який полягає у випромінюванні в атмосферу вертикальному напрямку акустичного імпульсу, прийомі луни-сигналу, розсіяного неоднорідностями температури атмосфери, вимірі Доплеровського зсуву частоти прийнятого сигналу щодо несучої частоти зондувального імпульсу і розрахунку вертикальної складової швидкості вітру за формулою: ö Cæf u = ç 0 - 1÷ (1) ÷ 2 ç fd è ø де: V- вертикальна швидкість вітру в досліджуваному шарі атмосфери; С - швидкість звуку в досліджуваному шарі; f0- несуча частота зондувального імпульсу; fd - несуча часто та прийнятого сигналу. Для визначення fd досліджується фрагмент луни-сигналу, тривалість якого дорівнює тривалості зондувального імпульсу. Доплеровські зсуви частоти виникають у результаті вертикальних переміщень шарів з неоднорідностями температури, що самі по собі є причиною виникнення лун-сигналів. Недоліком прототипу є використання для виміру вертикальної складової швидкості вітру детермінованих параметрів лун-сигналів - частотни х спектрів вибірок, тривалість яких дорівнює тривалості т зондувального імпульсу. У реальних системах [R.L. Coulter, "Remote sensing of micrometeorological quantities". Proceedings of the 11th International Symposium on Acoustic Remote Sensing and Associated Techniques of the atmosphere and Oceans. 24-28 June 2002, Rome, Italy, P. 321 - 327. ] величини t знаходяться в межах: t=0,05¸0,2с (у прототипі 0,1с), несучі частоти: 900¸5000Гц (у прототипі - 4000Гц). Така методика вимагає контролю співвідношення сигнал/шум на інтервалах часу t = t. Однак, акустичні перешкоди, на фоні яких виробляється акустичне зондування, являють собою явно нестаціонарний випадковий процес у всякому разі на інтервалах часу до декількох хвилин, а їх динамічний діапазон складає до 70Дб. Тому оцінити статистичні характеристики акустичних перешкод на досліджуваних інтервалах часу неможливо. Отже, параметри сигналів на цих інтервалах часу виявляються невизначеними і цілком залежними від поточних, у даному випадку "миттєвих" значень акустичних перешкод, тому обґрунтовано оцінити погрішність вимірів неможливо. При використанні ефекту Доплера точність виміру радіальної, у даному випадку вертикальної, швидкості переміщення об'єктів погіршується при зменшенні величини вимірюваної швидкості. Однак найбільший інтерес при дослідженнях прикордонного шару атмосфери [Б.Р. Бин, Е.Дж. Даттон. "Радиометеорология", Л. 1971.] представляє виявлення і вимір саме малих швидкостей переміщення повітряних мас, а саме v = 0,2¸2м/с. Збільшення несучої частоти зондувального імпульсу f0 з метою поліпшення роздільної здатності по вимірюваній швидкості обмежує висоту досліджуваного шару атмосфери [Апорович А.Ф., Сидоров Г.И., Сидько В.И., Леонидов В.И. "Анализ частотно-энергетических соотношений при зондировании атмосферы акустическими видеосигналами". Радиотехника, вып. 55, /изд. ХГУ/, 1980, с. 93., Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферы. - Новосибирск: Наука, 1986.] Технічною задачею винаходу є вимір вертикальної складової швидкості вітру з контрольованою погрішністю за рахунок виміру положення максимуму взаємокореляційної функції двох реалізацій акустичних лун-сигналів, отриманих як відгуки на послідовно вироблені зондування і по тривалості рівні періоду повторення зондувальних імпульсів. Ця задача вирішена таким чином. У способі, виміру вертикальної складової швидкості вітру за результатами акустичного зондування, що полягає в тому, що в атмосферу у вертикальному напрямку випромінюють акустичний імпульс і приймають луну-сигнал, що розсіяний неоднорідностями температури атмосфери, відповідно до винаходу для виміру вертикальної складової швидкості вітру вимірюють положення максимуму взаємокореляційної функції двох послідовно прийнятих реалізацій акустичних лун-сигналів, по тривалості рівних періоду повторення зондувальних імпульсів і отриманих як відгуки на послідовно вироблені зондування, причому положення максимуму вимірюють відносно початку реалізації, умовно прийнятої за першу. На фіг. зображена функціональна схема способу. Спосіб здійснюється таким чином. На поверхні землі під шаром атмосфери, який контролюється установлюється випромінювач-приймач акустичних сигналів 1, за допомогою якогоу вертикальному напрямку в атмосферу випромінюють акустичний імпульс і приймають луни-сигнали, що розсіяні в зворотному напрямку неоднорідностями температури атмосфери. Отримані реалізації лун-сигналів надходять у пристрій запису й обробки сигналів 2, у якому виробляється розрахунок взаємокореляційної функції двох послідовно отриманих реалізацій. У цьому ж пристрої 2 здійснюється розрахунок положення максимуму взаємокореляційної функції на осі часу відносно початку прийому першої реалізації луни-сигналу, що визначають в момент початку випромінювання першого зондувального імпульсу. У цьому ж пристрої 2 здійснюється розрахунок вертикальної складової швидкості вітру за формулою: C × Dt v= , 2T де v - вертикальна складова швидкості вітру; С - швидкість звуку в досліджуваному шарі атмосфери; Dt - зсув часу положення максимуму взаємокореляційної функції щодо моменту часу першого зондування; Т - період повторення зондувальних імпульсів. Помилка виміру v в цьому випадку не залежить від перешкод, тому що перешкоди в двох аналізованих реалізаціях є статистично не залежні, тому їхня взаємокореляційна функція не має максимуму.