Радіоакустичний спосіб вимірювання параметрів вітру і пристрій для його здійснення

СОЮЗ СОВЕТСКИХ СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК «9} *J> KJ (II) (5i>5 G01 S 13/95 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ ПРИ ГКНТ СССР К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 (21)4647964/09 ' •" " • (22)06.02.89 (46)23.08 91. Бюл. N? 31 1 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад. М.К.Янгеля (72) В.И.Алехин, И.В Корытцев, Е.Г. Прошкин и Ґ.И.Сидоров (53)621.396.96(088.8) (56) Красненко Н.П. Акустическое зондирование атмосферы. - Новосибирск: Наука, 1986, с. 132. Авторское свидетельство СССР і № 1008683,кл. G 01 S 13/95, 1981. (54) РАДИОАКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к радиометеорологии, а именно к контролю за уровнем турбулентности в атмосферном пограничном слое, и может быть использовано для метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов, а также для прогнозирования условий распространения ультрако ротких волн. Цель изобретения состоит в определении уровня турбулентности в атмосферном пограничном слое. Данный способ включает излучение вертикально вверх акустического импульса синусоидальных колебаний, облучение возникающих неоднородностей среды непрерывными электромагнитными волнами с длиной вдвое большей длины акустической волны, прием отраженных электромагнитных волн, их стрэбирование, измерение среднего значения квадрата огибающей стробироаанного сигнала и квадрата среднего значения его огибающей, а также вычисление по измеренным параметрам уровня турбулентности атмосферы. Устройство, реализующее указанный способ, содержит радиопередатчик, передающую антенну, синхронизатор, импульсный акустический генератор, акустический излучатель, приемную антенну, радиоприемник, два квадратора, два интегратора, вычислительный блок, блок стробирования и линейный детектор. 2 с.п.ф-пы, 2 ил. !»• ы Изобретение относится к радиометеорологии, а именно к контролю за уровнем турбулентности в атмосферном пограничном слое, и может быть использовано для метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов, а также для прогнозирования условий распространения ультракоротких волн. Цель изобретения - определение уровня турбулентности в атмосферном пограничном слое. На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства для осуществления радиоакустического способа измерения параметров ветра; на фиг. 2 - график, отражающий связь результатов измерений с параметром К, характеризующим уровень турбулентности атмосферы Устройство для осуществления радиоакустического способа измерения параметров ветра содержит синхронизатор 1, импульсный акустический генератор 2, аку 00 1672386 стический излучатель 3, радиопередатчик 4, передающую 5 и приемную 6 антенны, радиоприемник 7, блок 8 стробирования, первый квадратор 9, линейный детектор 10, первый 11 и второй 12 интеграторы, второй 5 квадратор 13 и вычислительный блок 14. Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. В бестурбулентной атмосфере распространяющийся акустический пакет одно- ю роден, т.е. может быть представлен как совокупность шаровых сегментов, расстояние между которыми по нормали равно длине акустической волны в атмосфере. Поэтому при его облучении радиосигналом 15 из того же центра фазы поля, отраженного от всех точек одного шарового сегмента, • одинаковы, а фазы полей, отраженных от соседних шаровых сегментов, отличаются на 2л . В результате все составляющие 20 поля отраженного радиосигнала складываются в фазе и такое поле может трактоваться как поле зеркально отраженного сигнала. При наличии турбулентности, масштаб которой (размер атмосферных вихрей) соизмерим 25 с длиной акустической волны, происходит неупорядоченное разрушение структуры каждого из шаровых сегментов (с сохранением средней конфигурации), что приводит к хаотическому изменению во времени фаз элементарных сигналов, отраженных от 30 различных точек каждого шарового сегмента и соседних шаровых сегментов. В результате суммирования элементарных сигналов с разными фазами формируется случайное поле рассеянного сигнала. Таким образом, 3 5 в реальных условиях суммарное поле ££ отраженного сигнала содержит зеркальную Із и рассеянную Е составляющие р 40 где Е -огибающая суммарного,сигнала. Ео - огибающая регулярной составляющей (зеркальной составляющей); ° ~Л|—е— ^ Ei - амплитуды случайных составляющих. Тогда --„ °° „ І I где (3) -л/ где lo и И - функция Бесселя мнимого аргумента. Из (2) и (3) следует, что f* ft где t Мои* Гк^ЧРк* Выражение (4) можно также представить в виде с!1 где причем соотношение между их значениями Зависимость f(K) представлена на фиг. характеризует степень турбулентности. С 2. Рабочий участок кривой в диапазоне изувеличением турбулентности ££и & уменьменения К от -14 до +6 дБ характеризует шаются, а отношение (р/(з увеличивается, 45 измеряемый диапазон интенсивностей туроставаясь всегда меньше единицы. булентности. Рассеянная составляющая представляВ настоящее время принято деление ет собой совокупность большего числа комуровней турбулентности в атмосферном попонент еРі , отраженных от отдельных граничном слое и четыре класса по степени (і-х) неоднородностей 50 воздействия на летательные аппараты и может быть количественно описана среднеІ квадратическими значениями пульсаций Как известно, огибающая суммы регувертикальной компоненты скорости ветра. лярного сигнала сигнала и большого числа Эти пульсации являются причиной нарушеслучайных сигналов со случайными фазами, 55 ния когерентной структуры излучаемого каждый из которых значительно меньше реакустического пакета в предлагаемом спогулярного, распределена по обобщенному собе, и следовательно, перераспределения закону Релея (закону Раиса), плотность коэнергии между зеркально-отраженной и торого _ п2 , г2 г ~. рассеянной составляющими поля радиосиг•£ехр( !г- )'о(-~Т7' /V) нала. Указанный эффект обнаруживается в 1672386 Таким образом, предлагаемый способ результате измерений статистических хапозволяет определить наличие турбулентрактеристик принимаемого радиосигнала. ности в приземном и пограничном слоях В зависимости от величины среднеатмосферы и призвести ее классификацию. квадратичных пульсаций вертикального ветра 0v , с которыми связано значение К, 5 Формула изобретения различают следующие уровни турбулентности: 1. Радиоакустический способ измерения Слабая ( fTv ^0,5 м/с; К*-10 дБ); параметров ветра, заключающийся в том, что умеренная (0,5 м/с