СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ Российский патент 2012 года по МПК G01P5/00 

Описание патента на изобретение RU2451939C1

Изобретение относится к дистанционным измерениям векторного поля скоростей, например поля скоростей в жидкостях и газах.

Известен способ определения профиля проекций скоростей на направление измерений, основанный на излучении непрерывного немодулированного излучения на двух длинах волн, с различным ослаблением в среде распространения и получения информации о дальности по отношению спектральных плотностей доплеровского сигналов на этих длинах волн [1].

Недостатком данного метода являются требования монотонной зависимости проекции скорости от дальности.

Известен способ определения поля скоростей, основанный на измерении профиля отражаемости вдоль каждой трассы за счет излучения импульсного сигнала и одновременного измерения доплеровского спектра вдоль трассы непрерывной доплеровской системой с последующим вычислением зависимостей проекций скоростей рассеивателей на направление зондирования от дальности по взаимной корреляции между доплеровским спектром и распределением отражаемостей вдоль трассы зондирования.

Недостатком данного метода является необходимость зондирования трассы импульсным излучением и ограничение точности и пространственного разрешения длительностью импульсов.

Наиболее близким аналогом является томографический метод определения профиля ветра по интегральным доплеровским проекциям, полученным вдоль многообразия прямых, описанный в [3], в котором излучается непрерывное немодулированное излучение, регистрируются доплеровские спектры сигнала, рассеянного в обратном направлении, а информацию о высоте Н и соответствующей скорости V получают из сравнения мощности излучения, пришедшего от нижнего слоя рассеивателей с переменой высотой по формуле

где H - текущая высота,

V - текущая скорость, соответствующая текущей высоте,

F(h) - зависимость принимаемой мощности сигнала от высоты,

A - коэффициент пропорциональности, зависящий от параметров измерительной системы,

S(ν) - спектральная плотность мощности регистрируемого доплеровского сигнала,

V0 - скорость ветра на высоте расположения измерительной системы (на нулевой высоте).

В данном соотношении коэффициент A определяется из условия нормировки по мощности сигнала вдоль всего луча зондирования.

Однако данный метод доплеровской томографии применим лишь при монотонной зависимости проекции измеряемой скорости от высоты V(H) и однородном распределении рассеивателей в пространстве. Он приводит к большим погрешностям при нарушении этих условий.

Технический результат предложенного способа заключается в повышении точности измерений за счет многократного повторения цикла измерений с задержкой не меньшей времени смены рассеивателей в области регистрации сигнала, получения распределения неоднородностей в пространстве методом реконстуктивной томографии для каждого цикла измерений по суммарной мощности доплеровских сигналов, полученных в различных направлениях зондирования, и определение поля скоростей по корреляции между распределением неоднородностей в пространстве и спектральной плотностью доплеровских сигналов.

В отличие от способа, предложенного в [3], в предлагаемом способе наличие неоднородностей является фактором, который улучшает точность восстановления поля скоростей.

На чертеже показана схема измерения двумерного поля скоростей в жидкости, протекающей в некоторой области, при использовании приемопередатчика, состоящего из набора источников излучения и приемников (доплеровский томограф).

Пример определения двумерного поля скоростей в жидкости, протекающей по некоторой области, представлен на чертеже. Область измерений 1 зондируется оптической системой, состоящей из набора приемо-передающих элементов 2, состоящих из источников и совмещенных приемников оптического когерентного излучения. Набор приемопередающих элементов формирует блок 3, проводящий регистрацию рассеянного неоднородностями 4 изучения вдоль набора параллельных прямых. Блок 3 может вращаться вокруг области 1, проводя цикл измерений на многообразии параллельных прямых. Предполагается, что один цикл измерений происходит за время, при котором смещением неоднородностей можно пренебречь.

При дистанционном зондировании сплошной среды сечение рассеяния в каждом элементе постранства за счет смены рассеивателей в потоке флуктуирует вокруг некоторого среднего значения. С периодичностью смены рассеивателей в зондируемой области цикл измерений повторяют. Для каждого цикла по мощности рассеянного излучения вдоль каждого луча (интеграла от доплеровских спектров) на основе преобразования Радона получают распределение неоднородностей в пространстве. В результате, для каждого цикла измерений получают набор доплеровских спектров вдоль многообразия прямых и профили отражаемости вдоль тех же прямых. А по корреляции между полем неоднородностей и доплеровскими спектрами определяют зависимость проекции скорости от координаты вдоль каждой прямой и все поле скоростей.

Изобретательский уровень предлагаемого технического решения подтверждается отличительной частью формулой изобретения.

Литература

1. Стерлядкин В.В. Авторское свидетельство СССР №1795372, кл. G01P 5/00, 1990.

2. Стерлядкин В.В. Патент №2032180, кл. G01P 5/00.

3. Горелик А.Г., Стерлядкин В.В. Доплеровская томография в радиолокационной метеорологии, Изв. АН СССР. Физика атмосферы и океана. 1990. Т.26. №1. С.47-54. (прототип).

Похожие патенты RU2451939C1

название год авторы номер документа
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ВЕТРА В АТМОСФЕРЕ 2015
  • Стерлядкин Виктор Вячеславович
  • Кононов Михаил Александрович
RU2585793C1
КОРРЕЛЯЦИОННЫЙ СПОСОБ ПОВЫШЕНИЯ РАЗРЕШЕНИЯ ПО СКОРОСТИ И ДАЛЬНОСТИ ДЛЯ ИМПУЛЬСНЫХ ДОПЛЕРОВСКИХ СИСТЕМ С ВНУТРИИМПУЛЬСНОЙ КОГЕРЕНТНОЙ ОБРАБОТКОЙ 2012
  • Стерлядкин Виктор Вячеславович
RU2518009C1
СПОСОБ СНЯТИЯ НЕОДНОЗНАЧНОСТИ ИЗМЕРЕНИЯ ДАЛЬНОСТИ И СКОРОСТИ ДЛЯ ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКИХ СИСТЕМ 2012
  • Стерлядкин Виктор Вячеславович
RU2515253C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ 1992
  • Стерлядкин Виктор Вячеславович
RU2032180C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНОГО ПРОФИЛЯ ВЕТРА В АТМОСФЕРЕ 2011
  • Стерлядкин Виктор Вячеславович
  • Желтов Андрей Владимирович
RU2477490C1
Способ определения векторного поля скоростей 1990
  • Стерлядкин Виктор Вячеславович
SU1795372A1
СПОСОБ ФОРМИРОВАНИЯ И ОБРАБОТКИ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ СИГНАЛОВ В ИМПУЛЬСНО-ДОПЛЕРОВСКОЙ МЕТЕОРОЛОГИЧЕСКОЙ РЛС 2022
  • Хомяков Александр Викторович
  • Курбатский Сергей Алексеевич
  • Ройзен Марк Исаакович
  • Ермилов Дмитрий Владимирович
RU2786132C1
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СТРУКТУРЫ ДРЕВОСТОЯ 2013
  • Доржиев Баир Чимитович
  • Очиров Олег Николаевич
  • Содномов Батор Валерьевич
RU2536183C2
Способ определения размеров броуновских частиц 1986
  • Иванов Аркадий Петрович
  • Кумейша Александр Антонович
  • Чайковский Анатолий Павлович
SU1402850A1
СПОСОБ ГИДРОМЕТЕОРОЛОГИЧЕСКИХ НАБЛЮДЕНИЙ ЗА АКВАТОРИЕЙ МОРСКОГО ПОЛИГОНА И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ 2008
  • Румянцев Юрий Владимирович
  • Парамонов Александр Александрович
  • Аносов Виктор Сергеевич
  • Чернявец Владимир Васильевич
  • Жильцов Николай Николаевич
  • Дружевский Сергей Анатольевич
  • Федоров Александр Анатольевич
RU2376612C1

Реферат патента 2012 года СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ

Изобретение относится к дистанционным измерениям векторного поля скоростей и может быть использовано для измерения поля скоростей в жидкостях и газах. Согласно изобретению, способ измерения поля скоростей заключается в излучении когерентного немодулированного излучения в различных направлениях зондирования, регистрации излучения, рассеянного неоднородностями, которые увлекаются полем скоростей, выделении доплеровских сигналов, обусловленных движением неоднородностей. Особенность способа заключается в том, что регистрацию излучения, рассеянного неоднородностями, и выделение доплеровских сигналов проводят в различных направлениях многократно (циклично), с задержкой, не меньшей времени смены неоднородностей в измеряемой области. Для каждого цикла измерений по суммарной мощности доплеровских сигналов в различных направлениях зондирования получают распределение неоднородностей в пространстве, а по корреляции между распределением неоднородностей в пространстве и спектральной плотностью доплеровских сигналов определяют поле скоростей. Благодаря этому, может быть повышена точность измерений поля скоростей. 1 ил.

Формула изобретения RU 2 451 939 C1

Способ измерения поля скоростей, заключающийся в излучении когерентного немодулированного излучения в различных направлениях зондирования, регистрации излучения, рассеянного неоднородностями, которые увлекаются полем скоростей, выделении доплеровских сигналов, обусловленных движением рассеивателей, отличающийся тем, что регистрация излучения, рассеянного неоднородностями, и выделение доплеровских сигналов проводят в различных направлениях многократно (циклично) с задержкой, не меньшей времени смены рассеивателей в области регистрации сигнала, для каждого цикла измерений по суммарной мощности доплеровских сигналов в различных направлениях зондирования получают распределение неоднородностей в пространстве, а по корреляции между распределением неоднородностей в пространстве и спектральной плотностью доплеровских сигналов определяют поле скоростей.

Документы, цитированные в отчете о поиске Патент 2012 года RU2451939C1

Горелик А.Г., Стерлядкин В.В
Доплеровская томография в радиолокационной метеорологии, Изв
АН СССР
Физика атмосферы и океана, 1990, т.26, №1, с.47-54
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПОЛЯ СКОРОСТЕЙ 1992
  • Стерлядкин Виктор Вячеславович
RU2032180C1
Способ определения векторного поля скоростей 1990
  • Стерлядкин Виктор Вячеславович
SU1795372A1
JP 4577193 В2, 10.11.2010
JP 2003270261 А, 25.09.2003
JP 2007187637 А, 26.07.2007
US 6535158 В2, 18.03.2003
JP 2010276405 A,

RU 2 451 939 C1

Авторы

Стерлядкин Виктор Вячеславович

Желтов Андрей Владимирович

Даты

2012-05-27Публикация

2010-12-31Подача