Способ измерения вертикальной состав-ляющЕй СКОРОСТи BETPA и уСТРОйСТВО дляЕгО ОСущЕСТВлЕНия Советский патент 1981 года по МПК G01W1/06 G01P5/00 

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано, например, в авиации, для дистанционного бесконтактного измерения вертикальной составляющей скорости ветра в зоне аэропортов методом акустической локации атмосферы.

Известны способы дистанционного измерения скорости ветра в атмосфере, основанные на эффекте Допплера при рассеянии акустических колебаний температурной и ветровой турбулентностью „Они осуществляются акустическими локаторами, работаклцими в моностатическом или бистатическом режиме. В моностатическом режиме акустический локатор излучает вертикально вверх звуковой импульс частоты fp, который распространяется в атмосфере со скоростью С. Рассеянная энергия звукового импульса принимается той же самой антенной и усиливается приемником. Если рассеивающий объем движется со скоростью V, то частота акустических колебаний в точке приема будет сдвинута на величину поправки Допплера, пропорционгшьную.вертикальной составляющей скорости ветра 1.

Недостатком способа является небольшая дальность действия, поскольку в моностатическом режиме рас5 сеяние звукового импульса происходит только на температурной турбулентности,

В бистатическом режиме направленное излучение и прием ведут разнесенными в пространстве антеннаили. В этом режиме рассеяние акустических колебаний происходит как на температурной, так и на ветровой турбулентности.

4 с Известен акустический локатор, излучающий звуковые импульсы двумя передающими антеннгили,расположенными на сторонах прямого yглaJ с наклонными диаграммами направленности, пере.20 секающими с вертикальным лучом, приемопередающей антенны, расположенной в вершине угла и образуют три измерительных канала. При этом на выходе каждого канала присутствует доппле25 ровская компонента частоты, что позволяет измерить три составляющие радиальной скорости и с помощью вычислительного устройства найти значение вертикальной состав30 лякндей скорости ветра 121 Недостатком способа является небольшая дальность действия ограниченная каналом измерения, расположенным в вершине угла, работающем в моностатическом режиме. Наиболее близкий к предлагаемому способ измерения вертикальной соетавляющей скорости ветра, когда акустические колебания излучают вертикально вверх передающей антенной расположенной в центре окружности, а принимают рассеянные эхосигналы на три приемные антенны, ко торые находятся на одинаковом расстоянии от передающей и друг от дру га с наклонными диаграммами направленности, пересекающимися в исследу мой зоне. При этом на выходе приемного канала усиления присутствует допплеровская компонента частоты, что позволяет измерить три составля щие радиальной скорости ветра V /V, Vn , в каждом канале и с помощью вычислительного устройства найти значение вертикальной Vj составляющей скорости ветра 3J. 1 -. V,j) Составляющие радиальной скорост ветра У| , Vg , V., направлены по биссектрисам углов, образованных пересечением диаграммы направленности передающей антенны с диаграм мами направленности приемных антен соответствующих каналов. Устройство .Отображения информации осуществляе индикацию значений скорости ветра. Способ осуществляется устройств содержащим последовательно соединенные задающий генератор, усилител мощности, передающую антенну и после довательно соединенные приемную каналов усиления, выходы которых подключены к входам решающего устройства, содержащего один или несколько спектроанализаторов и вычис лительное устройство,синхронизатор подключенный к задающему генератору и решающему устройству, определяющи режим работы задающего генератора, устройство отображения информации, соединенное с решающим устройством Недостатком способа является низкая точность измерения вертикаль ной составляющей скорости ветра, обусловленная погрешностями юстиров ки четырех антенн в сложных рельефных условиях и содержит ошибки изме рения составляющих радиальной скорости ветра в каждом измерительном канале. Цель изобретения - повышение точности измерения вертикальной сое тавляющей скорости ветра в сложных рельефных условиях. Поставленная цель достигается тем, что в известном способе измере ния вертикальной составляющей скорости ветра, включающем направленное излучение акустических колебаний, | прием рассеянных эхо-сигналов, измерение допплеровского сдвига частоты и отображение информации, приемi рассеянных эхо-сигналов ведут отно сительно направления акустических колебаний под углом, биссектриса которого образует вертикальную ось. Такой способ может быть осуществлен устройством, содержащим последовательно соединенные .задающий генератор, усилитель мощности, передающую антенну и последовательно соединенные приемную антенну, приемный канал усиления, спектроанализатор, синхронизатор, подключенный также к зада.л1ему генератору, и устройство отображения информации, непосредственно соединенное с выходом спектроанализатора. В устройстве приемная и передающая антенны установлены наклонно с пересечением диаграмм направленности под углом, биссектриса которого образует вертикальную ось. На чертеже изображена схема измерения вертикальной составляющей скорости ветра и представлена структурная схема акустического локатора для осуществления способа измерения вертикальной составляющей скорости ветра. В предлагаемом способе направленное излучение акутических колебаний и прием рассеянных эхо-сигналов осуществляют разнесенными, в пространстве передающей и приемной антеннами. Места расположения антенн и точка Пересечения их диагра ои направленности О образуют вертикальную плоскость, В этой плоскости передающую и приемную антенны наклоняют навстречу друг другу так, что биссектриса угла oi- образованного диаграмма1 1и направленности в точке пересечения образуют вертикальную ось 00. . Бели рассеивающий объем движется со скоростью V , то частота акустических колебаний в точке приема сдвинута на величину поправки Допплера, определяемой радиальной составляющей скорости ветра. Поскольку радиальная составляющая скорости ветра, при данной схеме измерения, направлена по вертикальной оси, то допплеровский сдвиг частоты опреде-. ляется наличием только вертикальной составляющей скорости ветра V. При этом юстировка антенн упрощается и повышение точности обеспечивается измерением только одной составляющей скорости ветра. Устройство для осуществления способа измерения вертикальной составляющей скорости ветрй содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, усилитель мощности 2, передающую антенну 3, и последов тельно соединенные приемную антенну 4, приемный канал 5 усиления, спектроанализатор 6/ синхронизатор 7, подключенный также к задающему генератору 1, и устройство 8 отображения информации соединенное с спектроанализатором 6. Напряжение колебаний.рабочей частоты fQ задающего генератора 1 усиливается в усилителе мощности 2 и излучателя передающей акустической антенной 3. Рассеянные эхо-сигналы принимаются, приемной антенной и усиливаются в приемном канале уси ления 5, на выходе которого присутствует допплеровский сдвиг частоты. В спектроанализаторе 6 осуществляет ся обработка выходных сигналов приемного канала усиления 5 и измерени значений допплеровской частоты. Поскольку допплеровский сдвиг частоты определяется только наличием вертикальной составляющей скорости ветр то акустический локатор упрощают путем исключения вычислительного устройства. Синхронизатор 7 определяет непре рывный режим работы задающего генератора 1 иЦИКЛ обработки сигналов в спектроанализаторе 6. Устройство отображения информации 8 осуществля ет индикацию вертикальной составляю щей скорости ветра. Формула изобретения 1. Способ измерения вертикальной составляющей скорости ветра путем направленного излучения в исследуемую область .акустических колебаний, приема рассеянных эхо-сигналов, измерения допплеровского сдвига частоты и отображения информации, отличающийся тем, что, с целью повшиения точности измерения в сложных рельефных условиях, принимают рассеянные эхо-сигналы по отношению к направлению излучения под углом, биссектриса которого образует вертикальную ось. 2. Устройство для осуществления способа по п. 1, содержащее последовательно соединенные задакздий генератор, усилитель мощности, Лередающую антенну и последовательно соединенные приемную антенну, канал усиления, спектроанализатор, синхронизатор, подключенный ко входу задающего генератора, а также устройство отображения информации, отличающееся тем, что передающая и приемная антенны установлены наклонно с пересечением диаграмм направленности под углом, биссектриса которого образует вертикальнуЛ) ось, а выход спектроанализатора непосредственно связсан с устройством отображения. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Nature, 1971, 230, march 19, p. 160-162. 2.Y . Appg. MeteoroE, 1977, 16, W 12, p. 1298-1305. 3.Патент США 3889533, кл. G 01 W 1/06, 1975 (прототип).