Спосіб акустичного зондування атмосфери

Спосіб акустичного зондування атмосфери, який полягає в випромінюванні в атмосферу акустичних коливань, прийманні акустичних коливань, Винахід відноситься до метеорологи, а саме до акустичних способів виміру параметрів атмосфери, та може бути використаний для метеорологічного забезпечення злітання і посадки літаків Відомий спосіб виміру швидкості вітру в атмосфері по доплеровському зсуву частоти розсіяних акустичних хвиль (Красненко Н П Акустическое зондирование атмосферы Новосибирск, Наука, 1986, с 106-108), основании на послідовному випромінюванні в атмосферу з однієї точки простору імпульсних акустичних коливань у трьох різних напрямках, розсіюванні акустичних коливань на неоднорідностях атмосфери і прийомі розсіяних сигналів Основним недоліком даного способу є низький енергетичний потенціал системи, обумовлений використанням імпульсних сигналів з великою ЩІЛИННІСТЮ Т q = -> X де Т, х - період і тривалість випромінюємих ім розсіяних природними неоднорідностями атмосфери, у рознесених точках простору, вимірюванні доплерівських зсувів частоти розсіяних сигналів і визначенні повного вектора швидкості вітру за виміряними значеннями параметрів розсіяних сигналів, який відрізняється тим, що акустичні коливання випромінюють імпульсами з тривалістю ї і періодом Т, який визначають з співвідношення Т — s i n —1, лів Рівень паразитного безперервного зондуючого s 2 2 сигналу на декілька порядків (на 5 і більш) перевищує рівень власних шумів приймачів ВІДОМІ то розсіяний сигнал має трапецевидну форму способи й пристрої, що дозволяють зменшити не(при використанні прямокутного зондуючого імпугативний вплив безперервного зондуючого сигналу льсу), (див фіг 1), тривалість плоскої частини сигна дальність зондування і точність вимірів (Каллиналу стратова М А , Кон А И Радиоакустическое зондирование атмосферы М Наука, 1985, с 132-133), наприклад, шляхом компенсації паразитного сигsin—-x, налу частиною зондуючого сигналу, поданого у С протифазі до паразитного сигналу, також не забезпечують стійку і надійну компенсацію на прака тривалість фронтів - х Тривалість розсіяного тиці Інші ВІДОМІ способи і пристрої також не досигналу на рівні 0,5 складає зволяють кардинально вирішити цю задачу Найбільш простою і достатньо повною характеристикою якості роботи відомих засобів акустичного зондування є відношення середніх потужностей сигналу і шуму у точці прийому у смузі частот, що займає сигнал (Красненко Н П Акустическое зондирование атмосферы, Новосибирск, Наука, 1986, с 30-34, 53) В основу винаходу поставлено задачу у способі акустичного зондування атмосфери шляхом вибору тривалості і періоду випромінювання та прийому акустичних коливань збільшити точність виміру швидкості вітру Ця задача вирішена таким чином У способі акустичного зондування атмосфери, який включає випромінювання в атмосферу акустичних коливань, прийом акустичних коливань, розсіяних природними неоднорідностями атмосфери, у рознесених точках простору,вимір доплеровських зсувів частоті розсіяних сигналів і визначення повного вектора швидкості вітру за виміряними значеннями параметрів розсіяних сигналів Згідно пропонуємого, винаходу акустичні коливання випромінюють імпульсами з тривалістю х і періодом Т, який визначають із співвідношення _ 2L Т < —^ С а приймають імпульсами з тривалістю Т - х і періодом Т, де l s - протяжність по вертикалі області розсіювання, Э - кут розсіювання (див фіг 1), С швидкість поширення звука, причому прийом у кожній точці здійснюють тоді, коли в цій точці відсутній прямий зондуючий сигнал передавача Розглянемо більш детально цей спосіб На фіг 1 зображено схему випромінювання, розсіяння та прийому сигналу На фіг 2 зображено часові діаграми випромінюючого та приймального сигналів На фіг 3 зображено блок-схему пристрою акустичного зондування, що реалізує запропонований спосіб Позитивний результат може бути досягнуто внаслідок того, що розсіювання імпульсних сигналів на цілях, протяжних у напрямку вектора розсіювання, супроводжується збільшенням тривалості с 0,5 С sin — (Татарский В И Распространение и рассеивание волн в турбулентной атмосфере М Наука, 1967, с 178-182) Якщо вибрати період Т проходження зондуючих імпульсів тоді розсіяні сигнали перекриваються у часі й утворюють безперервний сигнал Так, при l s = 15м, Є = 150°, х = Юме, С = 340м/с маємо 340 -10 1СГ3=75мс, = 85мс Якщо період випромінювання зондуючих імпульсів вибрати Т < 85мс, тоді розсіяний сигнал буде безперервним Здійснюючи прийом розсіяного сигналу в проміжки часу, коли зондуючий сигнал відсутній, цілком усуваємо вплив останнього на процес обробки розсіяного сигналу і вимір його інформаційних параметрів Способи обробки і виміру параметрів сигналів, маючих малу ЩІЛЬНІСТЬ, ВІДОМІ (Радиолокационные устройства/ Под ред В В Григорина-Рябова М Сов радио 1970, с 363-367) Оцінимо енергетичний виграш, одержуваний при використанні запропонованого способу зондування, в порівнянні з зондуванням безперервним сигналом Якщо потужність випромінюючого безперервного сигналу - Р, тоді середня потужність ВІДПОВІДНОГО імпульсного сигналу дорівнює Рс = - , де q = q x ЩІЛЬНІСТЬ імпульсів, Т, х - період і тривалість випромінюємих імпульсів Якщо Рп - потужність прийманого безперервного сигналу, тоді середня потужність імпульсного сигналу, одержуваного з безперервного, 50860 дорівнює P,n = де q n - ЩІЛЬНІСТЬ імпульсів, формованих при прийомі, Т T-x q q-1 Загальні енергетичні втрати у порівнянні з використанням безупинного сигналу q qn т х т Т-х q-1 q2 При q = 2, маемо Q = 0,25 Таким чином, середня потужність корисного сигналу зменшується усього в q-1 q2 разів, у той час, коли паразитний сигнал зовсім не надходить на вхід приймача потужність інших ЗОВНІШНІХ перешкод зменшується в q n разів, (у стільки ж разів зменшується середня потужність внутрішніх шумів приймача) В реальних умовах паразитний сигнал переважає над усіма видами перешкод і на декілька порядків перевищує їх рівень, таким чином в запропонованому способі відношення сигнал/шум зростає на декілька порядків, отже, істотно підвищується точність виміру метеопараметрів На декілька порядків зростає реальна чутливість приймача (яка залежить від загального рівня перешкод) при зменшенні середньої потужності корисного сигналу у q-1 q2 (при q = 2 у 0,25 рази), що призводить до збільшення дальності дії способу Розглянемо роботу пристрою, що реалізує запропонований спосіб Пристрій містить блок 1 синхронізації і керування, вихід якого з'єднано через акустичний передавач 2 з передавальною антеною 3, а два других виходи - з комутаторами 6 і 7 ВІДПОВІДНО, виходи приймальних антен 4, 5 через комутатори 6,7 підключені до приймачів 8, 9, виходи яких з'єднані з входами блоків виміру параметрів сигналів 10 та 11 ВІДПОВІДНО, виходи останніх і четвертий вихід блока 1 синхронізації і керування підключені до блоки, 12 обчислення параметрів атмосфери Пристрій працює так По сигналу блока 1 синхронізації і керування акустичний передавач 2 виробляє ПОСЛІДОВНІСТЬ акустичних імпульсів з тривалістю т та періодом Т, які через передавальну антену 3 випромінюються в простір Імпульсний акустичний сигнал, розсіяний на неоднорідностях атмосфери, перетворюється у безперервний сигнал, і надходить до приймальних антен 4, 5 і далі на комутатори 6, 7 Коли на керуючі входи комутаторів з виходів блока і синхронізації і керування надходять імпульси, комутатори відкриваються і пропускають корисний сигнал на входи приймачів 8, 9, де він обробляється і посилюється В цей час на входах приймальних антен 4, 5 прямий сигнал передавальної антени 3 відсутній В блоках 10, 11 виміру параметрів сигналу виробляють вимір інформативних параметрів корисного сигналу (наприклад амплітуди, доплеровської частоти) і в блоці 12 обчислення параметрів атмосфери по міряним значенням параметрів сигналу визначають ці параметри атмосфери (наприклад, повний вектор швидкості вітру) Істотною ГІДНІСТЮ даного способу є можливість підвищення відношення сигнал/шум шляхом збільшення потужності випромінюючого сигналу При використанні безперервного сигналу це неможливо, оскільки збільшення потужності випромінюючих коливань в цьому разі призводить до збільшення у стільки ж разів потужності паразитного сигналу Як бачимо, на відзнаку від прототипу, де випромінювання коливань здійснюють безперервним зондуючим сигналом, в запропонованому винаході вибирають тривалість і період випромінювання та прийому імпульсних акустичних коливань 50860 Випромінювальні імпульси Розсіянні сигнали Приймач Фіг. 1 Фіг 2 Передавальна антена 3 Приймальна антена 4 Приймальна антена 5 * ** V —» Комутатор 6 Акустичний передавач 2 . юк ьл синхроїпзаціїта керування 1 і р Комутіігор 7 Приймач 8 Приймач 9 • Блок виміру параметрів сигналу 10 Блок виміру параметрів сигналу 11 f Блок обчислення параметрів атмос