Способ определения параметров пространственного распределения отражателей в объемной цели Советский патент 1993 года по МПК G01S13/95 

Изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при исследовании сигналов от метеообъектов, таких, как облака, осадки и турбулентные неоднородности атмосферы в ясном небе.

Цель изобретения - обеспечение возможности определения коэффициента заполнения объемной цели отражателями.

На фиг. 1 представлен график зависимости коэффициента корреляции от размера отражающей области; на фиг. 2 - структурная электрическая схема устройства, реализующего способ определения параметров пространственного распределения отражателей в объемной цели.

Устройство определения параметров пространственного распределения отражателей в объемных целях состоит из антенн 1 и 2, передатчика 3, антенного переключателя 4, приемников 5 и 6, делителя 7 и 8 сигналов, детекторов 9-11, интеграторов

12-14, измерителя 17 отношений, индикатора 18.

Сущность способа заключается в следующем.

Вследствие хаотичного расположения и большой концентрации гидрометеоров в облаках и осадках рассеянное назад излучение РЛС вблизи облака можно считать -коррелированным в направлении, перпендикулярном направлению РЛС - метеоцель. По мере удаления от метеоцели поперечный радиус корреляции эхо-сигнала гк в соответствии с теоремой Ван-Циттерта- Цорнике растет:

гк-zA, (1)

где Z - расстояние от рассеивающего объема облака;

D - характерный поперечный размер отражающей части облака;

Я-длина волны РЛС.

СО

с

со

О

§

СК

Из (1) следует, что, определив поперечный радиус корреляции для поля и зная дальность до метеоцели, можно оценить величину D - поперечный радиус отражающей части облака. Однако непосредственное из- мерение гк для эхо-сигнала от метеообразований затруднительно, поскольку размеры приемной антенны rd должны быть значительно меньше радиуса корреляции, тогда как при использовании близких, по разме- рам приемных и передающих антенн при зондировании больших отражающих объемов гк га. Поэтому предлагается другой путь измерения D - измерение коэффициента корреляции сигналов двух антенн, разне- сенных в пространстве на определенное расстояние R. Для измерения коэффициента корреляции применена .следующая схема: сигналы первой и второй антенн делятся пополам, два из образовавшихся четырех сигналов складывают, детектируют, затем накапливают (усредняют); два оставшихся сигнала сначала детектируют по отдельности, накапливают, а затем складывают. Определяют отношение К первого сигнала ко второму, которое связано с коэффициентом корреляции сигналов k следующим образом:

, где k - определяется по формуле

к :

где п и Г2 - радиус-векторы из центра антенны; ,

Еа/3 (г) - величина электрического поля в плоскости раскрыва антенн;

Еоа/3 (г) - распределение поля в рас- крыве антенны при излучении сигнала единичной мощности. Можно пренебречь пространственной изменчивостью поля Е0«/ frj, что дает:

() (з)

Ј/ d п d Г2 В(п , г2)

где ВО7, Г2) - нормированная пространственная корреляционная функция поля эхо- сигнала.

Гидрометеоры (капли, кристаллы и пр.), подсвеченные зондирующим импульсом РЛС, представляют собой некоррелированный по пространству источник с распределением интенсивности I (х, у, Z)n, пропорциональным произведению концентрации гидрометеоров (х, у, Z) на интенсивность зондирующего сигнала 0 (х, у, Z) (х, у - координаты в плоскости, перпендикулярной направлению излучения антенны; Z -

координаты по направлению распространения луча). Если концентрация гидрометео; ров в области постоянна, то угловой размер источника эхо-сигнала совпадаете шириной DH передающей антенны и интенсивность источника может быть аппроксимирована гауссовой зависимостью:

2 2

l(x.y) -ехр

(4)

где d(Z) - характерный поперечный размер луча РЛС на расстоянии. Для источника с неполным заполнением импульсного объема интенсивность может быть аппроксимирована выражених2 v2

ем I /х, у/ ехр - -о - - , tr с

где b и с - характерные размеры источника вдоль оси X и Y соответственно.

Для такого распределения интенсивности нормированная корреляционная функция имеет вид:

b(JU,Z)exp{(3-r

X

ехр

Л2Ь2 , ч2 A2Z2 X2J A2Z2

(У1-У2)2|

(5)

где (xi, yi) и (х2, У2) - координаты векторов п и 2.

Соотношение (3) позволяет вычислить коэффициент k, изменения которого при

С различных значениях и разнесение

d

антенн на расстояние (диаметр антенн) по оси Y приведено на фиг. 1. Область вариации зависимости при изменении параметра от 0 до 1 заштрихована. Эта

зависимость достаточно слабая. Таким образом, измерение коэффициента k дает возможность определить при вертикальном взаимном расположении антенн вертикальный размер зоны рассеяния. Для определения горизонтального размера зоны антенны надо расположить горизонтально,

Устройство для определения параметров пространственного распределения отражателей работает следующим образом.

Передатчик 3 генерирует зондирующие импульсы, которые после прохождения антенного переключателя 4 излучаются первой1 антенной 1. Принятые антенной 1 отраженные сигналы через антенный переключатель 4 поступают на первый приемник

6, далее делятся пополам первым делителем 7 сигнала, сигналы первого выхода делителя 7 поступают на первый детектор 9 и далее на первый интегратор 12, подключенный к первому входу первого сумматора 15. Принятый второй антенной 2 отраженный сигнал поступает на второй приемник 5, далее на второй делитель 8 сигнала, с первого выхода которого сигнал подается на третий детектор 10 и третий интегратор 13, а со второго выхода - на второй сумматор 16, далее детектируется вторым детектором 11, интегрируется вторым интегратором 14. Сигналы интеграторов 12 и 13 суммируются в первом сумматоре 15, выход которого под- ключей к первому входу измерителя 17 отношений, ко второму входу которого подключен выход интегратора 14.

Величина выходного сигнала измерите- ля 17 отношений определяет величину коэффициента заполнения импульсного объема и подается на индикатор 18 для отображения.

Способ позволяет определить коэффи- циент заполнения импульсного объема, что дает возможность решать ряд практически важных задач. В задачах радиолокационного измерения осадков по величине мощности отраженного сигнала необходимо знать коэффициент заполнения импульсного объема, так как от его величины меняется характер зависимости величины принятой мощности от расстояния между второй и четвертой степенью. Пренебрежение фак- тором заполнения импульсного объема вносит существенные ошибки в измерения К

величины радиолокационной отражаемости. В задачах штормооповещения необходимо определить наличие области повышенной отражаемости в верхней части облака, что свидетельствует об опасных явлениях, связанных с данным облаком. В на- стоящее время для этого детально исследуется вертикальный профиль отражаемости, что требует значительного времени, особенно при наличии в зоне обзора нескольких облаков. Использование заявляемого способа позволяет определить наличие зоны повышенной отражаемости за один обзор.

Формула изобретения Способ определения параметров пространственного распределения отражателей в объемной цели, состоящей из распределенных отражателей, заключающийся в облучении объемной цели радиосигналом, приеме отраженного сигнала первой антенной, измерении его мощности и определении искомых параметров, отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения коэффициента заполнения объемной цели отражателями, дополнительно принимают отраженный сигнал второй антенной, диаметр которой равен диаметру первой антенны, а ось параллельна оси первой антенны и расположена от нее на расстоянии, равном ее диаметру, определяют коэффициент корреляции между отраженными сигналами, принятыми первой и второй антеннами, по величине которого определяют коэффициент заполнения объемной цели отражателями.

I

Использование: изобретение относится к радиолокации и может быть использовано при исследовании сигналов метеообъектов, таких как облака, осадки и турбулентные неоднородности атмосферы в ясном небе. Цель изобретения - обеспечение возможности определения коэффициента заполнения объемной цели отражателями. Поставленная цель достигается тем, что дополнительно осуществляют прием сигнала на вторую антенну, диаметр которой равен диаметру первой антенны, а ось параллельна оси первой антенны и расположена от н ее на расстоянии, равном ее диаметру, определяют коэффициент корреляции между отраженными сигналами, принятыми двумя антеннами, по величине которого определяют коэффициент заполнения объемной цели отражателями. 2 ил.

го

1

to

I