Способ радиоакустического зондирования атмосферы

 

1. СПОСОБ РАДИОАКУСТИЧЕСКО- • ГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ путем 'излуче1шя в атмосферу акустического им- :пульса с синусоидальным заполнением дшшой волны Я облучения распространяющегося ,акустического импульса с помощью радиолока^ цис^нйой станции электромагнитным излучением длиной вофны 2 Л , приема отраженного от акустического импульса радиолокационного зхо-сигиала, о т л и ч а Ю щ и и с я тем, что, с uenbfo определения профиля влажности по трассе зондирования, измеряют мощность отраженного рад>&{бЛбКацйд11Ного сигнала ' в каждой точке трассы, по которой находят коэффициент ослабления .звука в каждой точке, определяют профиль температуры по вы-' соте и по полученным зна>&1ениям температуры и коэффициента ослабления звука находят искомые значения влажности для каждой точки трасом.2. Способ по п. 1, о т л и ч а Ю щ и и - с я тем, что профиль температуры определяют по скороста ра(Я1ростран1ения акустическо- ; го импульса путем изме{й5ний aonnftcj^ickofo сдвига частот эхо-сйгнайа.хл§Од^СП00 СП

09) OD !

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

ЗСЮ.6 01 а 1И

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР п0 i ЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ е ОТК1ЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2527314/18 — 10 . (22) 23.09.77 (46) 23.11.84. Бюл. У 43 (72) М. Ю. Орлов и Б. С. Юрчак (71) Инсппут экспериментальной метеорологии (53) 551.508 (088.8) (56) 1. Зуев В. Е. Лазер-метеоролог, Гидрометеоиэдат, Л., 1974, с. 178.

2. Труды ТИИЭР, т. 57 У 4, 1969; с.222230.

3, Степаненко В. Д. Радиолокация в метеорологии. Гидрометеоиздат. Л., 1973, c,343 (прототип) . (54) (57) 1. СПОСОБ РА,ЦИОАКУСТИЧЕСКО= ГО ЗОНДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ путем излучения в атмосферу акустического импульса с сннусоидальным заполнением длиной волны 1 облучения распространяющегося ( акустйческого импульса с помощью" радиолокапионной станции электромагнитным излучени- ем длиной волны 2 A приема отраженного от акустического импульса радиолокационного эхо-сигнала, отличающийся, . тем, что, с целью определения профиля влажности по трассе зондирования, измеряют мощность отраженного радиоояокацнонного сигнала в каждой точке трассы, по которой находят коэффициент ослабления звука в каждой точке, определяют профиль температуры по вы- соте и по полученным значениям температуры и коэффициента ослабления звука находят ис комые значения влажности для каждой точки тт1рассы.

2. Способ по п. 1, о т л и ч а ю щ и йс я тем, что профиль температуры определяют по скорости распространения акустического импульса путем измерении ""дФийеровского сдвига частот эхо- aлa.

%в

671535 1

20

Коэффициент -молекулярного поглощения звука в атмосфере определяется температурой и s осйовном количеством" водяного пара, В акустическом методе для измерения коэффициентов затухания звука предполага-. ется использование двух идентичных акустических локаторов, работающих на различных частотах и режиме приема акустического зондирувщего излучения, рассеянного назад ог турбулентных пульсаций температуры и

35 ветра. Недостатком этого метода является предположение об нзотропности и однород ности турбулентности, н необходимость йспользования как минимум двух локаторов, 40 идентичность техйических характеристик которых обеспечивать достаточно сложно. При этом метода имеет место также ошибка. из-за отсутствия сведений о температуре на высоте зондирования, что особенно сущест -венно нри инверсиях. Дпя того, чтобы полу45 чить профиль влажности иеобходймо, чтобы во. всем слое, где производится измерение, . существовала бы достаточная интенсивная турбулентность..С другой стороны наличие сильной турбулентности приводит к появле-нию дополнительного затухания акустического сигнала ввиду рассеяния на турбулентных пульсациях температурй и ветра.

1

Изобретение относится к дистанционным способам бесконтактиого измерения метеорологических величин и может быть применено в метеорологии для измерения одного из параметров, используемых при составлении прогноэов погоды и в научных исследованиях.

Известны способы, позволяющие измерять профиль абсолютнои или относительной влажности, которые основаны на применении лидара, а также системы акустических локаторов ЕЦ

Лидерные способы зондирования, хотя и имеют хорошее разрешенйе по йространству, не работоспособны пока только в чистой атмосфере и в ночное время, их применение связано с некоторыми непроверяемыми априорными допущениями.

Акустический способ измерения профиля влажности основан на том, что коэффициент затухания звука. в воздухе, обусловленный . вязкостью, теплопроводностью, взаимной диффузией молекул смеси газов и тепловым из.лучением, много меньше юлекулярного, обусловленного превращением. энергий звуковых колебаний в энергию внутримолекулярных движений (2), .

В основу метода заложены противоречивые требования к условиям работы.

Наиболее близким способом, зондирования атмосфер по существу решаемой задачи является способ радиоакустического определения профиля температуры воздуха (3).

Сутцность способа состоит в измерении допплеровским радиолокатором скорости (РЛС) распространения звука, которая известным образом связана с температурой воздуха. Метод реализуется путем излучения вертикально вверх мощного акустического импульса, который затем обнаруживается допплеровской РЛС п сопровождается по скорости с одновременной ее регистрацией.

При этом электромагнитное излучение отражается от неоднородностей показателя пре ломления, которые образуются за счет изменения плотности воздуха, под действием акустического импульса.

Однако этим способом невозможно измерить профиль влажности.

Цель изобретения — определение профиля влажности по высоте радиоакустическим ме тодом.:-::-.-:-:.:.:

Это достигается тем, что измеряют мощность отраженного радиолокационного сигнала в каждой точке трассы, по которой находят коэффициент ослабления звука в каждой точке, определяют профиль температуры по высоте и по полученным значениям температуры и коэффициента ослабления звука на- ходят искомые значения влажности для каждой точки трассы, При этом профиль температуры может быть определен по скорости распространения. акустического импульса путем измерения допплеровского сдвига частот эхо-сигнала.

Способ основан на том, что амплитуда радиолокационного эхо-сигнала отраженног6 от неоднородностей показателя преломления, ис- кусственно созданных акустическим излучением, зависит от интенсивности этого излучения на данном участке трассы, которое в свою очередь зависит известным . образом от . влажности и температуры воздуха, Таким образом, при известной температуре величина радиолокационного эхо-сигнала оказывается зависящей от влажности на данном участке трассы.

Измерение профиля влажности воздуха в пограничном слое атмосферы по предлагаемому способу производят следующим образом.

При помощи акустического излучателя излучают акустический импульс с синусоидальным заполнением: нри помощи радиолокацйойной станции облучают распространяющий. ся в атмосфере акустический импульс электромагнитным излучателем; принимают отраженный от акустического импульса радиолокационный эхо-сигнал приемником радиолокационной станции; регистрируют огибающую отраженного эхо-сигнала.;. измеряют величину

Техред И.Асталош

Редактор С. Титова

Корректор С. Шекмар

Заказ 9127/3 Тираж 710

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д; 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Э 6715 мощности зхо-сигнала путем сравнения его

/ амплитуды с величиной калибровочного сигна,ла в каждой точке диапазона дальности; вычисляют произвольную от огибающей эхо-сиг,нала в каждой точке диапазона дальности; вычисляют коэффициент ослабления звука в . каждой точке диапазона дальности с помощью, формулы где к — дальность до акустического импульса;

Р— мощность радиолокационного эхосигнала, отраженного от акустического импульса с синусоидальным заполнением; определяют профиль абсолютной нли относи,тельной влажности по совокупности значений коэффициентов ослабления звука в каждой точке диапазона дальности, иэвест- "

35 4 . ной или измереыной температуры воздуха, н известного соотношения между коэффициентом молекулярного ослабления звука с длиной волны Л и относительной илн абсолютной влажностью воздуха при данной температуре.

Предлагаеввй способ может бъпь реализован на основе уже практически действующих установок радноакустического зондирования атмосферы., Поскольку предлагаемый способ позволя. ет параллельно .с измерением коэффициента затухания звука измерять я профиль температурй, если,в качестве радиолокационной степени применен допилеровский радиолокатор, то этот метод свободен от априорных предположений и дает возможность определять профиль как. абсолютной, так и относительной влажности.

Если профиль температуры известен, то в качестве рапиолокацйонной станшщ мож- но применять обыщый некогеренп ый радиолокатор.