Способ определения пространственного спектра показателя преломления атмосферы Советский патент 1987 года по МПК G01W1/00 

Изобретение относится к дистанционному зондированию атмосферы Земли н может быть использовано в метеорологии для оперативного определения турбулентного состояния атмосферы и в радиотехнике для обеспечения измерений в турбулентной атмосфере.

Целью изобретения является повышение точности определения пространственного спектра флуктуации аюказа- теля преломления за счет получения функциональной зависимости пространственного спектра показателя преломления.

На чертеже представлена структурная схема для осуществления способа определения пространственного спектра показателя преломления атмосферы.

Способ определения пространственного спектра осуществляют следующим (Образом.

На входе неоднрродной атмосферы производят излучение монохроматического электромагнитного колебания. На расстоянии L от излучателя расположен приемник, который осуществляет прием прошедшего атмосферу колебания. По временной реализации амплитуды принятого колебания, наблюдаемого на интервале от О до Т, путем логарифмического преобразования выделяют реализацию уровня X t), которую используют для формирования корреляционной функции В(Т). Если В (Т) - четная функция, то частотный спектр W (и) находят косинусным преобразованием Фурье. Затем частотный спектр W (u)) дифференцируют по частоте uj . Кроме того, для определения пространственного спектра необходимо знать среднюю поперечную скорость ветра v (перпендикулярную составляющую относительно трассы распространения излучения) . Измеренное значение v, функции W (ш), а также известные значения расстояния L, длины волны зондирующего сигнала Л или волнового числа К используют для вычисления пространственного спектра Ф (х) . Излучение; прием и выделение уровня производят на одной длине волны. Дополнительное формирование корреляционной функции, определение частотного спектра и его производной, измерение скорости ветра позволяют вычислить функциональную зависимость спектра от пространственной частоты, т.е. получить более полную характеристику атмосферы, чем от

5

дельный параметр спектра. Следовательно, точность определения пространственного спектра предлагаемым способом выше точности, которая достигается описанием спектра модельной зависимостью с доуточнением параметра спектра - структурной характеристики.

На чертеже обозначены; - излучатель, 2 - приемник, 3 - коррелятор, . 4 - вычислитель, 5 - измеритель поперечной скорости ветра. Излучатель 1 представляет собой передающее устройство. Длину излучаемой волны выбирают в диапазоне от сантиметровых до оптических длин волн.

В приемнике 2 производится прием зондирующей волны и вьщеление реализации уровня

20

x(t) Рп

А (t). А (t)

где A(t) - временная реализация амплитуды;A(t) - среднее значение амплитуды.

Флуктуации уровня с выхода блока 2 поступают в коррелятор 3, в котором формируется временная корреляционная функция

B(t) а dxzl()f (),

где а 2н2к21.;

1р( ж vr)

функция Бесселя;

(ж) 1

sinx2 L/K

К - волновое число;

L - дистанция;

V - поперечная скорость переноса;

X - пространственная чистота.

по которой находят частотный спектр

(эг)й2 W(u;) ..

/ W 2

(..)

zdr. f(y.) ф,.,

Ш/ ,

- 1/г

С выхода блока 3 частотный спектр в дискретном виде поступает на вход вычислителя 4, на второй вход которого поступает значение скорости ветра, снимаемое с выхода измерителя 5 поперечной скорости ветра, Вычислитель 4 реализует операции дифференцирования частотного спектра W (w) и вычисления пространственного спектра по формуле

00

Ф()К(а;) f W (V+ (z.v))dci) ,зоне пространственных частот лх, от

Uличаю шийся тем. что. с иеличаю щийся тем, что, с целью повышения точности определения 5 пространственного спектра флуктуации за счет получения функциональной зависимости пространственного спектра показателя преломления, измеряют поперечную скорость ветра v, а пространственный спектр показателя преломления рассчитывают по формуле

о; - частота;

ж - пространственная частота; V - поперечная скорость ветра; w - производная по ы частотного спектра W(w);

-

2ИЗК2Ь (1 sinx

L/K

Значение постоянньк коэффициентов из уравнения для вычисления Ф,(2) - (, L, К Ш1И, Я записываются в запоминающем устройстве вычислителя 4 заранее и используются в процессе вычислений.

Формула изобретений

Способ определения пространственного спектра показателя преломпения атмосферы, включающий.излучение .монохроматической волны, регистрацию вре- менной реализации амплитуды излучения на определенном расстоянии L в диапазоне пространственных частот лх, от

личаю шийся тем. что. с ие

личаю щийся тем, что, с целью повышения точности определения 5 пространственного спектра флуктуации за счет получения функциональной зависимости пространственного спектра показателя преломления, измеряют поперечную скорость ветра v, а пространственный спектр показателя преломления рассчитывают по формуле

со

. ф„(ж)К(г) w (VuJ2+ (xv)2)cko,

10

15

где

KOe).(1 -2iFiLp)-пространственная фильтрующая функция; W (Ни (sv) ) - производная частотного спектра корреляционной функции уровня;

волновое число;

временная частота;

пространственная частота.

Изобретение может быть использовано в метеорологии для оперативного определения турбулентного состояния атмосферы. Цель изобретения - повышение точности определения пространственного спектра флуктуации показателя преломления. В приемнике 2 производится прием зондирующей волны и выделение реализации уровня. Флуктуации уровня с выхода приемника 2 поступают в коррелятор 3, в котором формируют временную корреляционную функцию. С выхода коррелятора 3 частотный спектр в дискретном виде поступает на вход вычислителя 4, на второй вход которого поступает значение скорости ветра, снимаемое с выхода измерителя 5 ветра. Вычислитель 4 реализует операции дифференцирования частотного спектра и вьтчисления пространственного спектра. 1 ил. i (Л С оэ э О ОР о

Редактор А. Лежнина

Составитель С. Гвоздев

Текред Л.Сердюкова Корректор Л.Пилипенк-о

Заказ 3385/А2Тираж 730Подписное

ВНИИПИ Государственного комитет а СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4