Способ управления частотой электромагнитного излучения при радиоакустическом зондировании атмосферы Советский патент 1984 года по МПК G01S13/95 G01W1/04 

Изобретение относится к метеороло1ии и может быть использовано для дистанционного измерения профиля абсолютной температуры или радиоакусти ческого зондирования атмосферы. Известен способ радиоакустического зондирования атмосферы, основанны на излучении пакета акустических вол облучении его непрерывным электромагнитным излучением и приеме электромагнитного излучения, отраженного от пакета акустических волн. При условии равенства длины волны акустических колебаний в области отражения половине длины электромагнитной волны Л , энергия, отражен ная каждым фронтом акустической волн когерентно складывается, повышая мощ ность эхо-сигнала} усилие Лс1 - со ответствует Брэгговскому рассеянию. При выборе оптимальной длины волны Я для выполнения условия Брэгг в этом способе предполагают Cd (Rb Са Са Comt Лс( г Fa где Cd {R} - скорость звука в области отражения на удалении от точки излучения; Ca. Ca{R-Oh скорость звука в точке излучения; Fdi звуковая частота; й-сД- длина звуковой волны; А длина радиоволны. Измерение температуры основано на измерении скорости звука CQ с которой перемещаются в пространстве звуковые волновые фронты, отражающие радиосигналы. Эта скорость определяется по доплеровской частоте, на которую смещены отраженные радиосигналы относительно излученных CU . Учитывая, что С АУТ где Т - абсолютная температура (К); А - постоянная зависящая в основ ном от относительной влажности, получаем Поскольку 2 Т |х«Недостатками способа являются сни жение дальности и точности зондирова ния из-за уменьшения мощности отраженного сигнала при изменении скорос ти звука с высотой, и неучета вертикапьной составляющей скорости ветра. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является способ радиоакустического зондирования атмосферы, основанный на излучении пакета акустических волн, облучении этого пакета радиосигналом, приеме отраженного от акустических волн радиосигнала, по доплеровскому сдвигу которого судят об исследуемых параметрах атмосферы, при этом в течение времени наблюдения каждого акустического пакета производят подстройку частоты излучаемого, радиосигнала относительно предыдущего пропорционально отношению частоты акустического излучения к доплеровскому сдвигу частоты предыдущего принятого радиосигнала t 2 j . Недостатками известного способа являются снижение дальности зондирования и точности измерений за счет того, что не учитывается вертикальная составляющая ветра. Цель изобретения - увеличение дальности зондированияи точности измерений. Поставленная цель достигается тем, что согласно способу управления частотой электромагнитного излучения при радиоакустическом зондировании атмосферы, включаняцему излучение пакета акустических волн, облучение этого пакета радиосигналом, прием отраженного сигнала, по доплеровскому сдвигу которого судят об исследуемых параметрах атмосферы, при этом в течение времени наблюдения каждого акустического пакета производят подстройку частоты излучаемого радиосигнала, одновременно с первым излучают и принимают дополнительно второй радиосигнал, частоту которого выбирают отличной от частоты первого радиосигнала на величину, пропорциональную отношению длины акустической волны к дпине акустического пакета, выделяют разность огибающих двух принимаемых сигналов и изменяют синхронно частоты обоих радиосигналов непрерывно в течение времени наблюдения пакета до равенства нулю этой вы деленной разности огибающих на всех дистанциях измерения. На фиг.1 представлена зависимость нормированной мощности отраженного от акустического пакета радиосигнала при заданном размере акустического пакета в зависимости от отношения

Я/Л0; на фиг,2 - структурная схема, осуществляющая предпагаеь&й способ.

В атмосферу излучается пакет звуковых колебаний. Этот пакет распространяется как совокупность местных сжатий и разряжений окружающего воздуха. Эти вариации плотности вызывают связанные с ними местные вариации коэффициента отражения атмосферы которые в свою очередь вызывают отра жение небольшой части электромагнитной энергии при прохождении ее через акустический пакет.

Этот акустический пакет облучают одновременно двумя радиосигналами и принимают также два радиосигнала.Отраженные радиосигналы отличаются от излученных на частоту Доплера.

Для сигналов обеих частот выделяют Огибающие (текущие амплитуды, например, получая доплеровские биени отраженной и излученной частоты для каждого из двух радиосигналов. .

Доплеровская частота содержит информацию о скорости звука в нижней части тропосферы и позволяет рассчитать температуру согласно уравнению(

Разность огибакнцих доплеровских биений в соответствии с фиг,1, характеризует положение длины волны первого радиосигнала Л и длины волны второго радиосигнала Л.ртносительно оптимальной длины волны А опт 2Ла,

Пусть, например, длина волны первого сигнала Л всегда меньше, чем 2В этом случае, когда величина огибающей на волне А. меньше, чем огибающая на волне Д. , проводят управление длинами волн Л-) и помощью сигнала разности огибающих таким образом, чтобы обеспечить синхронное увеличение обеих дпин волн. В противном случае, когда величина огибающей на волне Л, больще, чем на волне Да проводят управление обеими длинами волн так, чтобы обеспечить синхронное уменьшение обеих длин волн, причем в обоих случаях изменение длин волн прекращают, когда первая длина волны меньше 2 Ас.на заданную величину, а вторая - большая 2 Лдна эту же величину и огибающие на обеих волнах равны, а разность огибающих равна нулю. При этом отраженный сигнал максимален, так как соблюдается условие Брэгга.

Разнос дпин волн Л1И Л должен быть существенно меньше, чем ширина главного максимума приведенной зависимости (фиг.1. Поскольку ширина главного максимума зависимости относительной мощности отраженного сигнала от длины волны примерно равна -1-, то разнос длин волн (Л.-AI) .г гдесХ. 1.

Устройство, реализующее способ работает следующим образом.

Генератор I формирует электрический сигнал звуковой частоты, который поступает в акустическую антенну 2 и излучается в виде пакета акустических волн. Радиопередатчики 3 и 4 генерируют радиосигналы с длинами волн Лз которые через систему 5 суммирования сигналов поступают в передающую антенну 6 и излучаются в атмосферу. Отраженные от акустического пакета радиосигналы двух длин волн через приемную антенну 7, а затем с выхода системы 8 разделения сигналов поступают на входы приемников 9 и 10, в которых выделяются доплеровские биения для обеих длин волн. Сигналы доплеровских биений подаются на блок 11 вычитанияj в котором формируется разностньй сигнал постоянного тока, пропорциональный разности огибающих полученных доплеровских биений. Этот сигнал поступает на блок 12 управле- ния, который осуществляет перестрйй- ку частот р адиопередатчнков.

Использование предлагаемого способа управления частотой электромагнитного излучения при радиоакустическом зондировании атмосферы позволяет получать максимально возможный отраженный сигнал от акустических волн на всей трассе зондирования. В способе снимается ограничение на выбор лины пакета акустических волн, допустим выбор больших дпин пакета.

Благодаря этому возможно дополниельное увеличение мощности отраженного сигнала и выбор больших дистаний усреднения измерений температур. апример, при скорости звука Cq 330 м/с и скорости вертикапьного ветра Bg 10 м/с увеличение мощности сигнала по сравнению с известными методами при длине акустического пакета Ь -.OAcx будет 6 дБ, что привеет к усепичению дальности измерений в 2 раза.

±

СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ЭЛЕКТРОМАГНЖНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ РАДИОАКУСТИЧЕСКОМ ЗОНДИРОВАНИИ АТМОСФЕРЫ, включакшшй излучение пакета акустических волн, облучение этого пакета радиосигналом, прием отраженного сигнала, по доплеровскому сдвигу которого судят об исследуемых параметрах атмосферы, при этом в течение времени наблюдения каждого акустического пакета производят подстройку частоты излучаемого радиосигнала, отличающийся тем, что, с целью увеличения дальности зондири- вания и точности измерений, одновременно с первым излучают и принимают дополнительно второй радиосигнал, частоту которого выбирают отличной от частоты первого радиосигнала на величину, пропорциональную отношению длины акустической волны к длине акустического пакета, выделяют разность огибающих двух принимаемы:: сигналов и изменяют синхронно частоты обоих (Л радиосигналов непрерывно в течение времени наблюдения пакета до равенства нулю этой вьщеленной разности огибающих ка всех дистанциях измерения. ,., со о 00 о ф

Ф1

и

/7

Фиг. 2

W

11