Пристрій для визначення параметрів турбулентності у атмосферному прикордонному шарі

Изобретение относится к метеорологии, и предназначено для дистанционного исс ледования атмосферного слоя методом акустической локации для метеорологического обеспечения взлета и поездки самолетов и позволяет упростить определение интенсивности турбулентности путем оценки статистических характеристик принимаемого эхо-сигнала. Выделяют акустический эхосигнал, соответствующий исследуемому объему атмосферы. Используя квадратичный детектор 8 и блок интегрирования 10, измеряют среднее значение квадрата огибающей эхо-сигнала. Используя линейный детектор 9, блок интегрирования 11 и квадратор 12 измеряют квадрат среднего значения огибающей. Категорию интенсивности турбулентности атмосферы определяют, вычисляя отношение измеренных параметров. 2 ил. Изобретение относится к метеорологии, предназначается для дистанционного исследования атмосферного пограничного слоя методом акустической локации и для метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов. Цель изобретения - упрощение конструкции устройства. На фиг.1 представлена структурная схема устройства при моностатическом методе зондирования; на фиг.2 - то же, при бистатическом методе зондирования. Устройство при использовании моностатического метода зондирования содержит приемно-передающую антенну 1 с громкоговорителями, переключатель числа громкоговорителей 2, датчик ветра 3, комму татор 4, передатчик 5 и приемник 6 Выход приемника 6 соединен с входом блока стробирования 7, к выходу которого подключены квадратичный детектор 8 и линейный детектор 9, соединенные с блоками интегрирования и усреднения 10 и 11. К выходу блока 11 подключен квадратор 12. Выходы блоков 10 и 12 подключены к входам блока вычислений и регистрации 13. Устройство при использовании бистатического метода зондирования содержит передающую антенну 1, передатчик 2 и многоэлементную приемную антенну 3, соединенную с переключателем числа элементов 4, управляемого от датчика ветра 5 Приемник 6 так же как и в устройстве для использования моностатического метода сл ел 1714551 зондирования связан с квадратичным 7 и линейным 8 детекторами, блоками интегрирования и усреднения 9 и 10, квадратором 11 и блоком вычислений и регистрации 12. В обобщенной схеме устройства датчики ветра, переключатель числа элементов многозлементной антенны или переключатель числа громкоговорителей, датчик ветра, коммутатор и блок стробирования могут быть представлены блоком выделения эхосигнала от рассеивающего объема, поскольку выполняют одну и ту же функцию. Устройство для осуществления способа при моностатическом методз зондирования работает следующим образом. Передатчик 5, запускаемый импульсами от блока 13 с частотой следования, определяемой максимальной высотой зондирования, через коммутатор, управляемый от блока 13 теми же импульсами, с помощью антенны 1 излучает акустические импульсы вертикально вверх. Отраженный зхо-сигнал принимают с помощью антенны 1 через переключатель 2 и 'коммутатор 4 приемником 6. Выходной сигнал приемника стробируют в блоке 7 с задержкой относительно излученногс акустического импульса, соответствующего выбранному участку высоты. Стробированный сигнал детектиоуетя одновременно в квадратичном детекторе 8 и линейном детекторе 9. С выходов детекторов сигналы поступают нз блоки интегрирования и усреднения 10, 11, с выхода блока 10 непосредственно и с выхода блока 11 через квадратор 12 сигналы поступают в вычислительный блок. Устройство для осуществления способа при бистатическом зондировании работает аналогично, однако высота исследуемого слоч выбирается путем пересечения диаграмм направленности разнесенных передающей и приемной антенн. Блок стрсбирования не требуется. В пограничном слое воздуха происходит дробление турбулентных вихрей до тех пор, пока не достигается величина чиста Рейчольдса, меньшая критического значения Возникшие самые мелкие возмущения, размер которых соответствует внутреннему масштаб/турбулентности, устойчивы Сильные отраженные акустические сигналы возникают при достаточно большой спектральной плотности температурных флуктуации, масштаб которых равен половине длины падающей звуковой волны Поскольку пульсации температуры и пульсации ветра коррелированы, отраженный акустический сигнал несет информа цию об атмосферной турбулентности, интенсивность которой может быть опреде лена по измеряемым характеристикам этого сигнала. При этом крупномасштабная турбулентность вызывает лишь дополнительное смещение всего спектра допплеровских 5 частот отраженного сигнала по частотной оси. Мелкомасштабные вихри и температурные пульсации, соизмеримые с размерами рассеивающего объема и длиной волчы акустического локатора, вызывают флуктуации 10 огибающей эхо-сигнала и расширение его спектра. Огибающая эхо-сигпала при одинаковом порядке величин случайных составляющих входного сигнала и равномерном 15 распределении фаз распределена по обобщенному закону Рэлея_(закону Раиса) 2 (Е) W =-TJ ехр ( 2 „ ) 1О (—д—) > off - 2ot & 20 где Е - огибающая суммарного выходного сигнала; Ео - амплитуда регулярной составляющей входного сигнала; 25 30 t i - амплитуда случайных составляющих входного сигнала. Параметром обобщенного закона Рэ~ лея, характеризующим процессы формирования результирующего сигнала является величина к = Е /ОЕ, При наличии в рассеивающем объеме устойчивой горизонтальной стратификации растет регулярная составляющая и падает сумма рассеянных составляющих отраженного сигнала, в результате параметр к увеличивается. При разрушении горизонтальной стратификации и увеличении турбулентности резко падает регулярная составляющая и величина к уменьшается в пределе, стремясь к нулю В неявной форме зависимость к от параметров регистрируемого эхо-сигнала можно представиїь в виде С\ + к 2 ) ехр к ; 0 35 40 45 [П h функции Бесселя нулевого и первого порядков 50 Атмосферная турбупеніность подразделяется на четыре класса по степени воздействия из летательные аппараты и может быть количественно описана среднеквадра5Ь гическими значениями пульсаций вертикальной составляющей скорости ветра. В таблице приведены количественные критерии деления интенсивности турбулентности на классы по величине среднеквадратических значений пульсаций где 1714551 вертикального ветра и соответствующим им значениям параметра К = 20 Ig k Формула изобретения Устройство для определения параметров турбулентности в атмосферном пограничном слое, включающее передатчик, блок выделения зхо-сигналэ, приемник, связанный с блоком вычислений, о т л и ч а ю щ е е с я тем, ч го, с целью упрощения конструк ции, связь между приемником и блоком вы числений осуществлена через введенные последовательно соединенные линейный детектор первый блок интегрирования и ус5 реднения и квадратор, подключенный к первому входу блока вычислений и через введенные, последовательно соединенные квадратичный детектор и второй бюк интегрирования и усреднения, подключенный к 10 второму входу блока вычислений. Интенсивность турбулентно- Среднеквадратичесчое знасти чение пульсаций м/с о Слабая о К>3 8>К >0 К t 7 5 8 1 W 9 n 11 Фиг. 2 40 50 Редактор Е. Полионова Составитель С. Скуратов Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик Заказ 691 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101