Способ бистатического акустического зондирования атмосферы Советский патент 1992 года по МПК G01W1/00 

Однако известный способ имеет невысокую точность зондирования из-за уширения длительности принимаемого звукового импульса за счет иеоднозначностм пути, проходимом звуковым импульсом. Цель изобретения - повышение точности зондирования. Для этого в известном способе бистатического акустического зондирования атмосферы, согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают импульс акустического излучения, принимают рассеян.мое излучение и фиксируют интервал времени между посылкой и приемом импульса акустического излучения, по величине которого судят о метеопараметрах атмосферы,.втечение времени гюсылки импульса акустического излучения уменьшают угол между направлением посылки импульса акустического излучения н прямой, соединяющей- излучатель и приемник со скоростью v - s- -Q-::cos о; - sin (X -1- sin/j где П - заданный безразмерный параметр, . Со - скорость звука на уровне земли; d - расстояние между излучателем и приемником; аи -углы между.прямой, соединяющей излучатель и п шемни.к, и осями диаграмм направленности передающей и Приемной антенн в момент времени, совпадающий с центром интервала времени посылки импульса. На фиг,1 приведена при| ципиальная схема, поясняющая способ биостатического акустического зондирования; на фиг.2 устройство, реализующее способ. Излучатель звука Т излучает в исследуемую область атмосферы импульс акустического излучения по углам а к прямой, соединяющей излучатель, звука Т и приемник F.Рассеянное излучение принимается, под углом j к этой же прямой на расстоянии а. При фиксированных углах излучения и приема а и/З импульс акустического излучения длительности TU излученный в телесном угле 1р за счет различия путей, проходимыхзвуковой волной, будетуширен на величину А L/C, где А L LI- Ls АВ + +ВС, С скорость звука. В результате точиость измерения интервала времени между пось1лкой и приемом импульса, определяемая длительностью принимаемого импульса Гпр ги -f-AL/C не может быть повышена только за счет уменьшения Ти . Уменьшить Ги имеет смысл только до величины сравнимой с AL/C. Уменьшение телесного угла 1/ также ограничено максимальными габаритами акустических антенн и частотами сигнала. При уменьшении угл.а а в течение времени Ги посылки импульса акустического излучения происходит временное сжатие принимаемого рассеянного импульса. В направлении под углом а Л- })/2 которому соответствует более длинный путь распространения звука Li, излучение посылается раньше, а в направлении.под углом а -rip/2 ,при котором путь L2 короче, - позже. В результате рассеянная волна приходит в точку приврла F. по путям Li и La с меньшим запаздыванием друг относительно друга.. Если обозначить через П коэффициент сжатия принятого рассеянного импульса П - Р акустического излучения - длительность принятого рассеянного импульса при уменьшении угла а нетрудно из геометрических соотношений на чертеже получить требуемую скорооть уменьшения угла а - С(П-1) d (го)+ ., cosG:(to)- sin а (Ib jctg « (to ) -f/ j Максимальная скорость уменьшения угла а определяется физическими ограничениями. Например, при использовании частотного способа сканирования диаграммы направленности акустической системы, максимальная скорость V определяется длительностью Тц сектором сканирования Att и длиной волны акустического излучения. В этом случае максимальное значение параметра П не превышает 50. На фиг.2 изображено устройство, реализующее данный способ, где I - синхронизатор, 2 - передатчик, 3 - антенна с частотным сканированием диаграммного луча, 4 - антенна, 5 - приемник, б - измеритель временных интервалов, 7 - миниЭВМ. Передатчик 2, управляемый сигналами с синхронизатора 1, вырабатывает мощные импульсы длительности Ги электрических колебаний с линейно-изменяющейся чистотой звукового диапазона и временным интервалом между ними Тп большим, чем время прохождения акустического излучения ПС трассе зондирования. Данные колебания антенной с частотным сканированием 3 преобразуются в звуковые и посылаются в атмосферу под направлением, изменяющимся пропорционально их частоте. Рассеянные в атмосфере звуковые импульсы принимаются другой антенной 4, разнесенной относительно первой на расстояние d, преобразуются в электрический сигнал, который поступает в приемник 5, где он усиливается, фильтруется из фона помех и детектируется. Далее огибающая принятого сигнала поступает в измеритель временных интервалов б, который измеряет разность во времени моментов поступления в него принятого импульса и опорного импульса с синхронизатора, совпадающего во времени с центром интервала посылки зондирующего импульса, и выдает информацию в ней на мини ЭВМ 7 в двоичном коде, позволяющей по заложенному в память алгоритму определить значение метеопараметра. Кроме того, с синхронизатора на

////V/// Y////////////////7/////////

приемник также поступает сигнал запрета на время посылки зондирующего импульса. По сравнению с прототипом при зондировании по заявленному способу точность измерений на той же дальности повышается приблизительно в 50 раз. При этом ухудшения отношения сигнал/шум не происходит. Следовательно, при заданной максимальной погрешности измерений заявленный способ существенно также повышает максимальную дальность зондирования, поскольку позволяет проводить достоверные измерения на большей дальности, где отношение сигнал/шум меньше. Это достигается ухудшением пространственного разрешения от 20 м в прототипе до 40 м в заявленном способе. Однако пространственное разрешение в 40 м является также достаточно высоким и не достигаемым приборами, используемыми в настоящее время в метеорологии.

W7/

Фиг.1

X

Xh

4

«M::

€

СПОСОБ БЙСТАТИЧЕСКОГО АКУ.СТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСOEPIpli согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают импульс акустического излучения, принимают рассеянHde излучение и фиксируют интервал времени между посылкой и приемом им - . пульса акустического излучения, по величи не которого судят о метеопараметрах атмосферы, отличающийся тем. что. Изобретение относится к метеорологическому приборостроению и может быть использовано для дистанционного измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра. Известен способ бистатического акустического зондирования атмосферы, согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают звуковую волну, принимают рассеянную волну системой из кольца микрофонов и по времени задержки звукового импульса судят о температуре воздуха и скорости ветра. с целью повышения точности зондирования, в течение времени посылки импульса акустического излучения уменьшают угол между направлением посылки импульса акустического излучения и прямой, соединяющий излучатель и приемник со скоростью Со(П-1) V-d sln(a-fj8) , рад/с, cos а - (sin « + sin p) ctg (a -fp) где П - заданный безразмерный параметр, .. Со - скорость звука на- уровне земли; d - расстояние между излучателем и приемником. .. оги ft- углы между прямой, соединяющей излучатель и приемник, и осями диаграмм направленности передающей и приемной системы в момент времени, сов-л падающий с центром интервала времени посылки импульса. О 00 IOO В силу неоднозначности пути, проходиI ел со мого звуком в пределах диаграмм направ ленности антенн точность известного способа невысока. Наиболее близким к данному техниче скому решению является способ бистатического акустического зондирования атмосферы, согласно которому в исследуемую область атмосферы посылают импульс акустического излучения, принимают рассеянное излучение и фиксируют интервал времени между посылкой и приемом импульса акустического излучения, по величине которого судят о метеопараметрах атмосферы.

Ч