Способ акустического зондированияпРизЕМНОгО СлОя АТМОСфЕРы и уСТРОйСТВОдля ЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01W1/06 G01P5/00 

(54) СПОСОБ АКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

ПРИЗЕМНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ И УСТРОЙСТВО

ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ

Изобретение относится к области метеорологии и предназначается для дистанционного исследования приземного слоя атмосферы методом акустической локации. Известен способ дистанционного зондирования приземного слоя атмосферы акустическими колебаниями, включающий направленное излучение, прием и регистрацию акустических колебаний, осуществление которого обеспечивается акустическим локатором, содержащим приемо-передающую антенну, коммутатор прием-передача, передатчик, приемник и регистрирующее устройство 1. Однако в таких системах излучаемая мощность акустических колебаний, а с тедовательно и дальность действия локатора, ограничены максимально возможной мощкостью излучения громкоговорителя. Наиболее близким к предлагаемому являются системы акустического зондирования, в которых направленное,излучение и прием акустических колебаний производят в узкий телесный угол, одинаковый как в режиме излучения так и приема, осуществление которого обеспечивается акустическим локатором, содержащим приемо-передающую антенну, соединенную с коммутатором прием-передача, передатчик, приемник, регистрирующее устройство. Акустический локатор излучает вертикально вверх звуковьге импульсы акустической антенной, составленной из 100 мощных громкоговорителей, мощностью 50 Вт каждый. Рассеянные эхо-сигналы принимают той же. антенной, переключаемой на прием с помощью коммутатора прием-передача, усиливают в приемнике и записывают регистрирующим устройством, синхронизирующим работу всей системы. Таким образом получают пространственно-временные записи структур атмосферы до высот порядка 3 км в благоприятных метеорологических условиях 2. Однако, существующий способ акустического зондирования атмосферы и устройство для его реализации не позволяют обеспечивать надежный прием эхо-сигналов с хорошей пространственной разрешающей способностью в большом диапазоне высот. Это обусловлено тем, что в реальной обстановке происходит уменьщение принимаемой мощности эхо-сигнала из-за рассогласования диаграммы направленности антенны в режиме приема с поперечным размером рассеивающего объема, образованного излучаемым звуковым импульсом в режиме передачи. Рассогласование диаграммы направленности антенны характеризуется угловым смещением центра рассеивающего объема, причиной появления которого является наличие горизонтальной составляющей скорости ветра, вызывающего «выдувание рассеивающего объема. Угловое смещение центра рассеивающего объема может быть оценено по формуле cL arctg 2%, где V - горизонтальная составляющая скорости ветра; С - скорость звука. Так, например, при значениях скорости ветра от 1 м/с до 20 м/с угловое смещение рассеивающего объема изменяется от 1° до 7°.

Таким образом, в системах акустического зондирования атмосферы для обеспечения надежного приема эхо-сигналов в реальной обстановке, щирина диаграммы направленности должна быть не уже 10-15°. Возникщее противоречение не позволяет увеличить дальность действия акустического локатора за счет повыщения направленности излучения и обусловливает низкую пространственную разрещающую способность.

Цель изобретения - повышение пространственной разрещающей способности без .снижения дальности действия.

Цель достигается тем, что при реализации способа прием эхо-сигналов, осуществляют в телесном угле, превыщающем телесный угол излучения на величину, равную 2 argtg-, где V - предполагаемое значение горизонтальной составляющей скорости ветра, а С - скорость звука.

При этом устройство для осуществления способа снабжено датчиком горизонтальной составляющей скорости ветра, соединенным с ним переключателем числа громкоговорителей антенны, включенным между антенной и коммутатором прием-передача.

На чертеже представлена структурная схема акустического локатора для осуществления способа акустического зондирования приземного слоя атмосферы.

В предлагаемом способе направленное излучение акустияеских колебаний в узкий телесный угол осуществляют путем группировайия больщого количества громкоговорителей, образующих антенну с такой эффективной поверхностью, которая обеспечивает требуемую мощность излучения и пространственную разрещающую способность. Прием рассеянных в атмосфере эхосигналов осуществляют в телесном угле на 2 arctg- Я- щире, чем в режиме передачи, причем расширение диаграммы направленности антенны в режиме приема производят пропорционально среднему значению

горизонтальной составляющей скорости ветра.

Таким образом, рассеивающий объем под действием горизонтальной составляющей скорости ветра не выходит за пределы

щирины диаграммы направленности антенны в режиме приема и рассеянная энергия излученного импульса будет полностый принята, что позволяет повь1сить пространственную разрешающую способность без

снижения дальности действия.

Устройство для осуществления способа акустического зондирования содержит прием-передающую антенну 1, управляемый переключатель 2 количества громкоговорителей, датчик 3 среднего значения горизонтальной составляющей скорости ветра, коммутатор 4 прием-передача, передатчик 5, приемник 6, устройство регистрации.

Устройство работает следующим образом.

В режиме передачи коммутатор 4 приемпередача на время передачи закрывает вход приемника 6 и одновременно подключает передатчик 5 к приемо-передающей антенне 1. В режиме приема коммутатор прием-передача 4 отключает передатчик 5 от приемопередающей антенны, открывает вход приемника 6 и подключает его к управляемому переключателю количества громкоговорителей 2.

.Сигнал с датчика 3 среднего значения

горизонтальной составляющей скорости ветра поступает на управляемый переключатель количества громкоговорителей 2, который подключает к приемнику 6 такое количество громкоговорителей, при котором щирина диаграммы направленности приемопередающей антенны 1 на 2 arctg- щире, чем в режиме передачи. Принятые эхо-сигналы усиливаются в приемнике 6 и записываются в устройстве регистрации, синхронизирующем работу всей системы.

Формула изобретения

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1. Макаллистер Л., Поллард Д., Махони А., Шоу П. Акустическое зондирование -

новый метод исследования строения атмосферы. ТИИЭР, 1969, т. 57, № 4, с. 231 - 239.

2. Parry Н. Деап. Sonders Melvin Jr Jensen Haus P. Operational appljcation of a pure acourtlc Sounding System «S. AppI Meteorol. 1975, 14, № 1, c. 67-77 (прототип).