СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ОСЛАБЛЕНИЯ РАДАРНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ОБЛАКАМИ И ОСАДКАМИ Российский патент 2011 года по МПК G01S13/95 

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано при изучении облачных сред и решении прикладных задач метеорологического и навигационного назначения на земле, на борту воздушного и морского судна.

Данное изобретение опирается на более тонкую, чем это было известно до сих пор, взаимосвязь параметров радарного эха с величиной ослабления радарного излучения, что обеспечивает простоту технического решения и большую по сравнению с известными способами точность.

Известны различные способы определения ослабления радарного излучения облачной средой и осадками как с использованием одно-, так и двухдиапазонного радара (Методика и аппаратура для измерения ослабления радиолокационного излучения в облаках и осадках //М.Т. Абшаев, Ю.А.Дадали, М.М.Шамис: Гидрометеоиздат, Труды ВГИ, 1972 г., с.115-127).

Наиболее близким но технической сущности к заявляемому способу является способ измерения ослабления радарного излучения облачной средой и осадками, включающий радиолокационное зондирование облака на двух длинах волн, прием эхосигналов от локальной исследуемой области и отображение их на экранах, с последующей некогерентной обработкой сигналов путем измерения безразмерных амплитуд (Z_R), расстояния (R), отсчитанного от момента излучения зондирующего импульса и до положения максимума амплитуды, и определение по данным измерений на каждой длине волны радиолокационной отражаемости (h), а затем определение величины поглощенной энергии в канале с меньшей длиной волны по эмпирическим расчетным формулам (Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5 и МРЛ-6 /М.Т.Абшаев, И.И.Бурцев, С.И.Ваксенбург, Г.Ф.Шевела. -Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с.138-139) (ПРОТОТИП).

Однако известный способ, основанный на различиях частотной зависимости рассеяния радиоволн облачными средами с гидрометеорами различного агрегатного (фазового) состояния, имеет массу недостатков.

Один из них заключается в том, что в известном способе требуется наличие радара, работающего на двух длинах волн, и возможна только амплитудная (энергетическая) регистрация сигналов, из-за чего существенно снижается точность результатов измерений ослабления радарного излучения, что сказывается на решениях практических задач, связанных с навигацией морских и воздушных судов, модификации погоды, а также с искусственным регулированием осадков.

Таким образом, в настоящее время корректного способа измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой и осадками при работе на одной длине волны не существует, а все известные способы измерений данного параметра базируются, как правило, на измерениях радиолокационной отражаемости (h), точность измерения которой составляет 100 и более процентов (Конторов Д.С., Конторов М.Д., Слока В.К. Радиоинформатика. - М.: Радио и связь, 1993 г., с.186).

С учетом изложенного выше техническим результатом от использования заявленного технического решения является одноволновый радиолокационный способ, обладающий повышенной точностью измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой и осадками.

Технический результат достигается тем, что в данном способе измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой и осадками, включающем радиолокационное зондирование облака на заданной длине волны, прием сигнала от локальной исследуемой области и отображение его на экране радара, последующая некогерентная обработка сигнала, направленная на определение максимальной безразмерной амплитуды сигнала (интенсивности в одном направлении) (Z_max.i) в децибелах, ведется после измерения безразмерной амплитуды (Z_R), расстояния (R) до максимума амплитуды расчетным путем по формуле:

Технический результат достигается также и тем, что в данном способе измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой и осадками дополнительно осуществляют еще и когерентную обработку сигнала путем выделения проекции огибающей эхо-сигнала воображаемой плоскостью, проходящей через максимум амплитуды радарного эха (Z_R), и делением ее на два полуинтервала, при определении протяженностей проекций огибающих полуинтервалов берется участок проекции огибающей эхо-сигнала, ограниченный спереди и сзади точкой пересечения огибающей с осью дальности, а по центру - положением максимума безразмерной амплитуды эхо-сигнала,

полуинтервалы в данном способе измерения величины ослабления исследуемой облачной средой используются как носители информации об ослаблении на данной частоте излучения, данная информация проявляется в виде смещения пространственного положения воображаемой плоскости, проходящей через максимум амплитуды радарного эха (Z_R) в сторону радара, и, как следствие этого, смещение вызывает деформацию протяженностей полуинтервалов радарного эха (Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5 и МРЛ-6 / М.Т.Абшаев, И.И.Бурцев, С.И.Ваксенбург, Г.Ф.Шевела. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с.69).

Предлагаемый способ измерения величины ослабления радарного излучения в исследуемых облачных средах на заданной частоте излучения позволяет не только существенно повысить точность искомого параметра, но и позволяет в случае сложной формы радарного эха осуществить его пространственную фильтрацию путем введения в приемный тракт ступени затухания в ΔZ децибел, что уменьшает основание соответствующей функции, но при этом повышает ее степень, упростить процесс определения данного параметра.

Реализация данного способа

Способ измерения величины ослабления радарного излучения в исследуемых облачных средах на заданной частоте излучения реализуется следующим образом. Предварительно осуществляют радиолокационное зондирование облака на заданной частоте излучения и выделяют в нем исследуемую локальную область, осуществляют прием отраженного сигнала и отображение его в виде проекции огибающей радарного эха на ось расстояний ΔR_i с последующей некогерентной обработкой данного сигнала путем измерения безразмерной максимальной амплитуды (Z_R), измерения расстояния до максимума амплитуды (R) и определение расчетным путем максимальной безразмерной амплитуды сигнала (интенсивности в одном направлении) (Z_max.i) в децибелах по формуле:

дополнительно осуществляют еще и когерентную обработку сигнала путем деления огибающей радарного эха воображаемой плоскостью, проходящей через максимум амплитуды радарного эха (Z_R) на две части, затем определяют с экрана радара протяженности проекций на ось расстояний (ΔR₁) и (ΔR₂) и определяют величину ослабления радарного излучения по формуле:

Пример конкретного выполнения способа

В качестве примера используются данные натурного эксперимента по радиолокационному зондированию облака на частоте излучения 9000 МГц, что соответствует длине волны излучения λ≈3,2 см.

Для измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой в исследуемой облачной среде был выделен локальный объем, создающий в точке приема эхосигнал со следующими параметрами:

- дальность до воображаемой плоскости, проходящей через максимум амплитуды R=36 км; интенсивность (в одном направлении) в максимуме амплитуды (Z_R)=28 db, протяженность общей проекции огибающей радарного эха на ось расстояний (ΔR_i)=6,2 км; протяженность полуинтервалов (ΔR₁)=2,8 км; (ΔR₂)=3,4 км;

- значение интенсивности эхосигнала от исследуемого локального объема в одном направлении определяют по формуле:

Z_max.i=(101gR+Z_R)=(15,56+28)=43,56 db;

- величину ослабления электромагнитной энергии, излучаемой радаром исследуемой облачной средой, определяют по формуле:

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии. Для определения величины ослабления радарного излучения в исследуемой облачной среде осуществляют зондирование облачной среды на заданной частоте излучения, прием отраженного сигнала, в процессе обработки которого определяют расстояние до воображаемой плоскости, проходящей через максимум радарного эха, определяют безразмерную амплитуду, затем расчетным путем по результатам измерения параметров отраженного сигнала определяют значение максимальной безразмерной амплитуды радарного излучения. Далее дополнительно используют когерентную обработку сигнала. После чего с экрана радара определяют протяженности проекций огибающих на ось расстояний в каждом полу интервале, затем определяют величину ослабления радарного излучения. Технический результат заключается в повышении точности измерения ослабления радарного излучения. 2 з.п. ф-лы.

1. Способ измерения ослабления радарного излучения облаками и осадками, включающий радиолокационное зондирование облака на заданной частоте излучения, прием отраженного сигнала от локальной исследуемой области и отображение его на экране радара с последующей некогерентной обработкой данного сигнала путем измерения его амплитуды (Z_R), расстояния (R), отсчитанного от запуска зондирующего импульса до положения на шкале расстояний максимума амплитуды, и определение по данным измерений максимальной безразмерной амплитуды отраженного сигнала (Z_max.i), отличающийся тем, что дополнительно осуществляют еще и когерентную обработку сигнала, с этой целью выделяют проекцию огибающей радарного эха от исследуемой области и воображаемой плоскостью, проходящей через максимум амплитуды радарного эха, делят ее на два интервала, после чего с экрана радара определяют протяженности проекций огибающих полуинтервалов (ΔR₁ и ΔR₂) и определяют величину ослабления радарного излучения в децибелах по формуле

2. Способ измерения ослабления радарного излучения облачной средой и осадками по п.1, отличающийся тем, что при определении протяженностей проекций огибающих полуинтервалов, берется участок проекции огибающей эхо-сигнала, ограниченный спереди и сзади точкой пересечения огибающей с осью дальности, а по центру - положением максимума безразмерной амплитуды эхо-сигнала.

3. Способ измерения ослабления радарного излучения облачной средой и осадками по п.1, отличающийся тем, что в случае сложной формы радарного эха осуществляют его пространственную фильтрацию путем введения в приемный тракт ступени затухания в ΔZ децибел, что уменьшает основание соответствующей функции, но при этом повышает ее степень.