Способ дистанционного измерения проекции скорости ветра на выбранное направление Советский патент 1992 года по МПК G01W1/00 

Изобретение Относится к способам светолокационных измерений скорости ветра в атмосфере и может быть использовано для обслуживания полетов различных тел в атмосфере, прогноза диффузии загрязняющих примесей на заданную территорию, а также измерения в целом профиля вектора скорости ветра.

Известен способ, относящийся к пассивной локации параметров атмосферы.

Его суть заключается в записи временных флюктуации сигналов двух фотометров, направленных в различные участки атмосферы, а их поля зрения скрещиваются и

минимальное расстояние между ними совпадает с выбранным направлением измерения проекции скорости ветра, и последующей взаимно-корреляционной обработке сигналов фотометров,

Недостаток данного способа состоит в небольшом высотном диапазоне работы при значительном вращении измерения (порядка 10 мин), что обусловлено поступлением сигналов из областей атмосферы. лежащих на всей линии визирования, в то время как полезные сигналы поступают лишь с небольшого участка и потому в значительной степени замыты.

Известны также технические решения, в которых измерение проекции скорости ветра на выбранное направление осуществляется средствами активной лазерной локации, К таким решениям относится способ, по которому лазерное излучение направляют в две различные области атмосферы, принимают рассеянное излучение из двух объемов лазерных пучков на требуемом удалении, причем линия, соединяющая два рассеивающих объема, должна совпадать с выбранным направлением измерения проекдии скорости ветра. Временные реализации сигналов из двух объемов далее подвергаются взаимно-корреляционной обработке, откуда определяют значение проекции скорости ветра.

Однако данный способ обладает недостаточной оперативностью измерений. С одной стороны, это связано с.тем, что расстояние между рассеивающими объемами должно быть порядка 10-100 м (это условие вытекает из размеров атмосферных неоднородностей рассеивающих свойств атмосферы, на переносе которых основаны измерения проекции скорости ветра) и при обычных значениях проекции скорости ветра - 1-10 м/с требуется регистрация сигналов в течение 1,0 и более минут, т.е. необходимо время, превышающее в 10-100 раз время переноса неоднородностей между двумя рассеивающими объемами. Для ряда задач это весьма большой интервал времени, С другой стороны, наличие двух передающих и приемных систем для реализации способа 1 ребует значительных затрат времени на перестройку измерений для другой высоты или другого направления.

Целью изобретения является повышение оперативности и точности измерений проекции скорости ветра на выбранное направление.

Указанная цель достигается тем, что посылку импульсов излучения и прием отраженных сигналов производят при сканировании в секторе плоскости, включающей прямую выбранного направления, путем стробирования по времени выделяют сигналы, отраженные участками атмосферы, находящимися на прямой выбранного направления для каждого фиксированного направления посылки импульсов при сканировании, а корреляционной обработке подвергают две последовательности выделенных сигналов, полученные при двух сканированиях в разные моменты времени.

Введение пространственного сканирования в секторе плоскости с соответствующим выбором стробируемых участков сигналов позволяет фиксировать пространственное расположение аэрозольных неоднородностей вдоль выбранного направления. Регистрируя положение неоднородностей в два момента времени, легко qnpeделить проекцию скорости ветра v. При этом применяется пространственная корреляционная обработка реализаций, которая заключается в получении оценки пространственной взаимно-корреляционной функции сигналов вдоль выбранного направления через интервал времени At. Значение проекции скорости ветра определяется как отношение

15

I St

V

где I - пространственный сдвиг, соответствующий максимуму взаимно-корреляционной-функции.

В выборе интервала времени между двумя сканированиями имеется оптимальность, связанная со структурой атмосферных неоднородностей и скоростью ветра.

На практике оценка оптимального значения At может быть получена исходя из предварительных измерений пространственного радиуса корреляции атмосферных неоднородностей и аппроксимации значения скорости ветра вблизи поверхности земли (измеренного анемометром) на требуемую высоту по статистическим моделям профилей ветра. Как показали исследования, пространственный радиус корреляции

аэрозольных неоднородностей главным образом сосредоточен в диапазоне 10-60 м.

Получаемое значение проекции скорости в данном способе является средней величиной в пределах углового сектора

сканирования и времени At. В обычных условиях At составляет 5-10 сек. Если сравнить этот интервал с временем наблюдения при съеме информации в двух точках на выбранном направлении, как это сделано в

прототипе, то виден значительный выигрыш в оперативности. Так, например, при расстоянии около 40 миУ 10м/с общее время наблюдения должно быть (исходя из полноты статистики) около 40 сек.

В данном случае корреляционная обработка проводится для пространственных реализаций сигналов, а не для временных, как в прототипе. Известно, что при пространственной корреляционной обработке изменчивость неоднородностей не искажает положение максимума корреляционной функции и, следовательно, не вносит дополнительных ошибок в измеряемую величину

СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЕКЦИИ СКОРОСТИ ВЕТРАНА ВЫБРАННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ, заключающийся в посылке последовательности коротких световых импульсов в различные участки атмосферы, приеме отраженных сигналов и их корреляционной обработке, о- тличающийся тем. что. с целью повышения оперативности и точности измерений, посылку импульсов излучения и прием отраженных сигналов производят при сканировании в секторе плоскости, включающей прямую выбранного направления, путем стробирования по времени выделяют сигналы, отраженные участками атмосферы, находящимися на прямой выбранного направления для каждого фиксированного направления посылки импульсов при сканирований, а корреляционной обработке подвергают две последовательности выделенных сигналов, полученные при двух сканированиях в разные моменты времени.^0fe