Радиоакустический способ измерения профиля ветровых потоков Советский патент 1986 года по МПК G01S13/95 

Изобретение относится к радиотехнике и может использоваться в авиации для предупреждения об опасных явлениях погоды при взлете и посадке летательных аппаратов.

Цель изобретения - повышение точности.

На чертеже представлена структурная электрическая схема предлагаемого устройства.

Устройство измерения профиля ветровых потоков (фиг.1) содержит акустический излучатель I, передатчик 2, приемник 3, блок 4 измерения доппле- ровской частоты, блок 5 измерения угла прихода электромагнитных колебаний в плос|сости XOZ, блок 6 измерения угла прихода электромагнитны колебаний в плоскости YOX, блок 7

вычисления компоненты Vj горизонталь- 20 определяется выражением ного ветра, блок 8 вычисления компоненты V горизонтального ветра, блок 9 вычисления модуля U вектора сдвига ветра, блок 10 вычисления угла tf направления вектора сдвига ветра.

Сущность предлагаемого способа измерения профиля ветровых потоков заключается в следующем. Текущие значения пространственного угла прихода эхо-сигнала зависят от отклонения центра излученного вертикально вверх акустического импульса синусоидальных колебаний от вертикального направления.

Степень этого отклонения зависит от распределения значений скорости и направления горизонтального ветра в слое от поверхностн земпи до выас

z(t) - -|-J Рд(е) dt.

25

30

Прост анственный угол принятых электромагнитны разлагается на два угла взаимно перпендикулярных XOZ и YOZ. Значения этих гут быть измерены любым способов измерения углов

С учетом измеренных у изменяющихся во времени, координаты x(t) и y(t) по формулам

35

x(t)

z(t) t8e,:(t) t

соты с с

40

-|- tga(t) j F(t) d

о

Траектория движения центра акустического импульса в декартовой системе координат описывается системой уравнений

(1) (2) (3)

начальные точки траектории;

координатные составляющие вектора скорости движения-.

12527491

При совмещении центра системы координат с местоположением акустичес

кого излучателя х, О, у О ZP О. V , и V - составляющие скорости горизонтального ветра в плоскостях XOZ и YOZ соответственно. V - вертикальная скорость перемещения акустического импульса, равная сумме скорости звука Сд и скорости вертикального ветра. Поскольку блок 4 измерения допплеровской частоты измеряет допплеровский сдвиг частоты принятого сигнала,определяемый суммарным эффектом, можем считать

Fj-

Тогда

текущая координата центра полученного акустического импульса по оси Z

еделяется выражением

с

z(t) - -|-J Рд(е) dt.

(4)

Прост анственный угол прихода принятых электромагнитных колебаний разлагается на два угла ot и Я во взаимно перпендикулярных плоскостях XOZ и YOZ. Значения этих углов могут быть измерены любым из известных способов измерения угловых координат.

С учетом измеренных углов oi и , изменяющихся во времени, текущие координаты x(t) и y(t) вычисляютс я по формулам

35

x(t)

z(t) t8e,:(t) t

-|- tga(t) j F(t) dt;

о

y(t) Z(t).tg/3(t) «, t

-3- tg/J (t) j Fд(t) dt

(5)

(6)

45

Значения составляющих скорости горизонтального ветра V(t) и V,, (t)

50

7 - « 5Я5,

в двух взаимно перпендикулярных плоскостях XOZ и YOZ вычисляются согласно выражениям

гt

Др

cSt .2Г

о t( )

1 1-Ч л 3 н %-,

55о(о)

Поскольку в авиации принято оценивать модуль вектора сдвига скорости ветрового потока и его направление, вьпжсляют эти величины по формулам р-,--,;1

,(t)-v;(t)(t)-vj(ii 5

viH)-v;H)

о j

(10

v;(t)-v(t)

Если плоскость YOZ проходит чере северный географический меридиан, угол с( определяет азимут направления скорости ветрового потока

Устройство работает следующим образом.

При помощи акустическогЬ излуча- теля 1 излучают вертикально вверх акустический импульс с синусоидальным заполнением, затем при помощи передатчика 2 обпучают распростра- нянщийся в атмосфере акустический импульс электромагнитным излучением

Принимают отраженный от акустического импульса радиолокащшнный эхо-сигнал приемником 3. Измеряют допплеровский сдвиг частоты приня- того сигнала с помоп1ью блока 4 измерения допплеровской частоты и углы прихода электромагнитного колебания в двух взаимно перпендикулярных плоскостях с помощью блоков 5 и 6, подключенных к выходу приемник 3. Вычисляют в блоке 7 согласно формуле (7/ горизонтгтлг ную составляющую скорости ветра V, t , а в блоке 8 согласно формуле (8) - сое- тавляющую Vu, По сформированным в блоках 7 и о данным вычисляют в блоке 9 согласно формуле (9) модуль вектора сдвига скорости ветрового потока, а в блоке 10 согласно форму- ле (10)- угол qi , характеризующий направление вектора сдвига ветрового потока.

Формула изобретения

Радиоакустический способ измерения профиля ветровых потоков, заключающийся в том, что излучают вертикально вверх акустический импульс синусоидальных колебаний, облучают возникающие от акустического импульса неоднородности среды непрерывными электромагнитными колебаниями с длиной волны, равной удвоенной

ВНИИПИ Заказ 4619/47 Тираж 728

Произв.-полигр. пр-тие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

5

О 520 .

длине волны акустрр1еских колебаний, принимают отраженные от неоднород- ностей среды электромагнитные колебания, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, измеряют допплеровский сдвиг частоты принятых электромагнитных колебаний, измеряют углы электромагнитных колебаний в двух взаимно перпендикулярных плоскостях и профили модуля вектора сдвига ветра и направления вектора сдвига в слое от поверхности земли до высоты с С- (Cfj - скорость распространения акустического импульса, - длительность принятого.сигнала) по формулам

(i))-v;(t)

cf lorctq

Z {t)Z4t)

vi(t)-v;(o

V(t)-V (t|

где

t

(,,

(

(

Co54(t) cit J О

q - модуль вектора сдвига

ветра;

Cf - угол направления вектора сдвига ветра;

Z - высота от поверхности

земли; i, j - индексы выбранных высот

слоя атмосферы; )(( составляющие вектора

скорости горизонтального ветра;

д - допплеровская частота

принятых электромагнитных колебаний; ciiji углы пр гхода принятых

электромагнитных колебаний в плоскостях XOZ и YOZ;

7 - длина волны электрюмагиит- ньгх колебаний;

t - текущее время.

Подписное

Изобретение относнтся к радиотехнике. Повышается точностт,. Лкуст ч.излу атель 1 излучает верти- к.алысо пверх акустич.ш-пгульс (АИ) с cnHyt:c4u;aiibiibiM rjanojiiicuneM. Пере- дптчикси 2 облучают АИ электромагн. и шучением. Принимают отраженш пЧ от АИ эхо-сигнал приемником 3. Блоком и:1мсре1 ия 4 измеряют допплеровский слпиг частоты принятого сиг}(ала, а углы npJfxOAa электромат Н.колебания В 2-х лзаимно перпендикулярных плос- костях-Рлокями измерения 5 и 6, подключенными к выходу приемника 3. Ичмсрякл- профили модуля вектора г;;ямга Петра и направления вектора ;-грига п слое от поверхности земли до Высоты С (С„ - скорость ряспространания АИ, « - длитель- lioc: ь ;-р 1НЯТого cni iiajin) . 1 ил. i (Л