Радиоакустический способ зондирования атмосферы

 

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения метеовеличин, таких как температура и скорость ветра в атмосфере. Целью изобретения является уменьшение времени зондирования. Для этого отраженный от акустического импульса радиосигнал принимается после его переотражения от подстилающей поверхности, для чего приемная антенна расположена над подстилающей поверхностью и ориентируется так, чтобы центр ее диаграммы направленности совпал с центром фокального пятна отраженных акустическим импульсом радиоволн . 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (sl)s G 01 S 13/95

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР жкю3нМ я;я! ы ИРМЧ66НЦ....:iris% Ei"

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4679995/09 (22) 18.04,89 (46) 23.06.91. Бюл. ¹ 23 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им.акад. М.К.Янгеля (72) С,И.Бабкин (53) 621.396.96 (088.8) (56) Бабкин С.И. и др. Температурно-ветровое зондирование пограничного слоя атмосферы радиоакустическим методом, — Радиотехника, Республ. межвед. научн.-техн. сборник, Харьков, 1985, вып. 73, с. 68-72.

5-th lnt. Cont. Antennas 30 March — 2 Apr., 1987, pt2, London, р, 339-342. (54) РАДИОАКУСТИЧЕСКИЙ СПОСОБ 3ОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для дистанционной регистрации метеовеличин (температуры воздуха, скорости ветра) в тропосфере для метеообеспечения нужд народного хозяйства и научных исследований.

Цель изобретения — уменьшение времени зондирования, На фиг,1 приведена структурная электрическая схема устройства для реализации способа; на фиг.2 — пространственное расположение исследуемого обьекта и измерительной аппаратуры.

Устройство. реализующее предлагаемый способ, содержит акустический излучатель 1 и передающую радиоантенну 2, расстояние между которыми может изменяться с помощью механизма 3 изменения базы (реечного), механически соединенного с акустическим излучателем 1, передающей радиоантенной 2 и механизмом 4 верти„,50„„1658105 А1 (57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения метеовеличин, таких как температура и скорость ветра в атмосфере. Целью изобретения является уменьшение времени зондирования, Для этого отраженный от акустического импульса радиосигнал принимается после его переотражения оТ подстилающей поверхности, для чего приемная антенна расположена над подстилающей поверхностью и ориентируется так, чтобы центр ее диаграммы направленности совпал с центром фокального пятна отраженных акустическим импульсом радиоволн. 2 ил.

Ъ кального подъема, усилитель 5 звуковых колебаний. звуковой генератор 6, микроЭВМ

7, радиопередатчик 8, радиоприемник 9, приемную радиоантенну 10, причем приемная радиоантенна 10 механически соединена с механизмом 11 ориентирования антенны в азимутальной и угломестной плоскостях, жестко соединенного с мачтой 12, измеритель 13 доплеровского сдвига частоты, измеритель 14 амплитуды и цифропечатающее устройство 15, Сущность способа заключается в следующем.

Сферический волновой фронт Ф (фиг.2) акустического импульса, излученного акустическим излучателем с центром в точке А, фокусирует электромагнитные волны, излученные из точки П и падающие на волновой фронт, в пятно определенных размеров.

Крайний левый радиолуч, падающий на точку фазового фронта волны синусоидального

1658105 заполнения акустического импульса Ф, отражается от него так, что угол ПФ А равен

11 углу АФ F . Крайний правый радиолуч отражается так, что угол ПФ А равен углу АФ F

I.

Однако фокусирование электромагнитных волн будет выполнено в точке F, а не в точке

F, потому, что в практических системах радиоакустического зондирования, построенных по бистатической конфигурации, всегда имеет место разность фазовых центров акустического (А) и электромагнитного (П) излучателей.

Под действием горизонтального ветра волновые фронты акустического импульса будут переноситься вдоль поверхности, Поэтому крайние (левый и правый) радиолучи, отражаясь от смещенного ветром фронта

Ф1 и проходя равные пути до фокуса (ПФ1 Fi u ПФ1 F>), пересекутся в точке Г1

Il 1 поверхности Р1. Для смещенного ветром фазового фронта главной его оптической осью является прямая А О, где А — фазовый

1 1 I центр мнимого акустического излучателя, Все остальные радиолучи, падающие на сферический волновой фронт Ф, сфокусируются в точке F1, Вследствие турбулентности атмосферы и конечности размеров сферического фронта вместо точечного фокуса в окрестности Г1 образуется пятно сфокусированных радиолокационных сигналов на поверхности Р>. Это пятно становится источником вторичного излучения электромагнитных волн, направленного в верхнюю полусферу. С помощью высокочувствительного приемного устройства и приемной радиоантенны со специальной формой диаграммы направленности (иглообразной, косекансной и т.д., в зависимости от вида получаемой метеоинформации), размещенной в пространстве над подстилающей поверхностью и сориентированной максимумом диаграммы направленности на центр фокального пятна, можно принимать вторичное излучение иэ окрестности точки

Fi и анализировать параметры принятого сигнала для извлечения данных о метеовеличинах.

Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.

Звуковой генератор 6 вырабатывает электрические колебания, усиливаемые усилителем 5, который по командам микроЭВМ

7 формирует пачки колебаний звуковой частоты, подаваемые на акустический излучатель 1, который преобразует пачки электрических колебаний в акустические импульсы с синусоидальным заполнением, распространяющиеся вертикально вверх в атмосфере. Радиопередатчик 8 генерирует

50 электрические колебания радиочастоты, которые с помощью передающей радиоантенны 2 облучают сферические волновые фронты акустического импульса. Под действием горизонтального ветра сферические волновые фронты акустического импульса смещаются от геометрической оси, проходящей через акустический излучатель 1, и для фокусирования радиолокационных сигналов, отраженных от сферических волновых фронтов акустического импульса, на подстилающую поверхность (на фиг,2 — Р1) подбирают последовательным изменением расстояния между акустическим излучателем 1 и передающей радиоантенной 2 с помощью механизма 3 изменения базы расстояние между ними и, при необходимости, уровень размещения акустического излучателя 1 и передающей радиоантенны 2 относительно подстилающей поверхности с помощью механизма 4 вертикального подъема. С помощью механизма 11 ориентирования, установленного на мачте 12, изменяют угол визирования так, чтобы направление визирования приемной радиоантенны 10. а следовательно, и направление максимума диаграммы направленности, пересекалось с центром фокального пятна. Отраженные от поверхности радиолокационные сигналы принимаются приемной радиоантенной 10, усиливаются радиоприемником 9, в котором производится выделение доплеровского сдвига частоты и амплитуды принятых радиолокационных сигналов; выделение доплеровского сдвига частоты осуществляется с использованием части мощности колебаний частоты радиопередатчика 8, поступающей на вход радиоприемника 9. Доплеровский сдвиг частоты измеряется измерителем 13 доплеровской частоты, а амплитуда радиолокационных сигналов — измерителем 14 амплитуды, после чего результаты измерений записываются в память микроЭВМ 7 для расчета метеовеличин. Результаты расчета выводятся из микроЭВМ 7 по окончанию вычислений на цифропечатающее устройство 15, Точное наведение визира антенны на середину фокального пятна обеспечивают путем предварительного измерения амплитуды принимаемых радиолокационных сигналов с помощью измерителя

14 амплитуды и сравнением полученных значений амплитуды с расчетным значением, В случае больших расхождений сравниваемых значений амплитуды изменяют угол визирования антенны в азимутальной и угломестной плоскостях до тех пор, пока разница в сравниваемых амплитудах станет минимальной.

1658105

Расчет площади поверхности, на которой предполагают наблюдать пятно сфокусирован них радиолокационных сигналов, ведут при выбранном значении максимальной скорости ветра. при которой мо- 5 жет производиться радиоакустическое зондирование тропосферы по упрощенной формуле для радиуса R площади

R = vH/С 10 где ч — средняя скорость ветра в зондируемом слое;

Н вЂ” высота верхней границы слоя;

С вЂ” скорость звука, определяемая по приземной температуре воздуха. 15

Диаметр поверхности, окружающей основание мачты, может составлять 660-700 м.

Для проведения метеоизмерений при любом направлении ветра акустические и 20 электромагнитные излучатели необходимо разместить по схеме фиг.2 на концах двух диаметров этой поверхности, перпендикулярных друг другу (для простоты направления диаметров можно совместить 25 с направлением сторон света), а приемная радиоантенна должна иметь возможность разворота (например. с помощью поворотной платформы) по азимуту в пределах 0360О, 30

Формула изобретения

Радиоакустический способ зондирования атмосферы, заключающийся в том, что излучают вертикально вверх акустический импульс с синусоидальным заполнением, облучают возникающие от акустического импульса неоднородности среды электромагнитными волнами, длина волны которых вдвое больше длины волны синусоидального заполнения акустического импульса, принимают отраженные акустическим импульсом электромагнитные волны, измеряют амплитуду и частоту доплеровского сдвига отраженных электромагнитных волн, вычисляют по измеренным амплитуде и частоте доплеровского сдвига отраженных электромагнитных радиоволн параметры атмосферы. отличающийся тем, что, с целью уменьшения времени зондирования, прием отраженных радиоволн осуществляют после их переотражения от подстилающей поверхности, для чего размещают приемную антенну над подстилающей поверхностью и ориентируют ее так, чтобы направление максимума диаграммы направленности приемной антенны совпало с центром фокального пятна отраженных радиоволн на подстилающей поверхности, сфокусированного сферическими волновыми фронтами акустического импульса. 1658105

Составитель А.Кочин

Техред М.Моргентал Корректор Т,Палий

Редактор Е.Папп

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул,Гагарина, 101

Заказ 1712 Тираж 376 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5