Способ определения горизонтальной составляющей скорости ветра в атмосфере

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик

<>786567 (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 19.02.79 (21) 2726785/18-10 с присоединением заявки— (23) Приоритет— (43) Опубликовано 07.02.82. Бюллетень № 5 (45) Дата опубликования описания 07.02.82 (51) М.Кл з С 01 W 1/00

G 01 P 5/00 Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (53) .УДК 551.508.5 (088.8) (72) Авторы изобретения

С. П. Гагарин и Б. Г. Кутуза (71) Заявитель

Ордена 1рудового Красного ЗнамеБи институт радиотехники и электроники АН СССР (54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ - ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ

СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СКОРОСТИ ВЕТРА

В АТМОСФEPЕ

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано в геофизических исследованиях и в метеорологической службе.

Наиболее распространенными в практике метеорологических измерений дистанционными методами определения скорости ветра являются радиолокационные, основанные на слежении за облаками, осадками или поднимаемым на шаре уголковым отражателем (1), Эти способы требуют либо присутствия гидрометеоров в атмосфере, либо запуска шаров в безоблачную погоду.

Существует способ измерения скорости ветра по скорости движения диэлектрических неоднородностей атмосферы (при отсутствии гидрометеоров), который основан на измерении допплеровского смещения частоты рассеянного диэлектрическими неоднородностями электромагнитного излучения (21. Этот метод не позволяет производить непрерывный контроль скорости ветра, так как источники отражений от ясного неба существуют не в любой момент времени.

Наиболее близким к описываемому изобретению является способ измерения параметров ветра в атмосфере путем измерения в двух наземных пунктах собственного теплового излучения атмосферы в инфракрасном (ИК) диапазоне, проведения корреляционного анализа сигналов и определения функций, по которым, а также по взаимному расположению линий визирования судят о параметрах ветра (3).

Однако в случае измерения в ИК-диапазоне невозможно определять скорость ветра в атмосфере при наличии слоистых, слоисто-кучевых, перистых, а также кучевых облаков с горизонтальными размерами много больше расстояния между приемниками.

Перечисленные типы облаков являются абсолютно черным телом в ИК-диапазоне, и в их присутствии не наблюдается флуктуаций ИК-излучения, на измерении которых основан указанный способ.

Цель изобретения — обеспечение возможности определения горизонтальной составляющей скорости ветра в атмосфере независимо от состояния облачности.

Поставленная цель достигается за счет того, что производят измерение интенсивности собственного теплового излучения атмосферы в СВЧ-диапазоне в трех, не находящихся на одной прямой наземных пунктах, по нему определяют временные структурные функции радиоизлучения атмосферы в каждом пункте и пространственные структурные функции радиоизлучения атмосферы между каждой парой пунктов приема, подбирают время запаздывания

".ременных структурных функций так, что5ы разность между их значениями и значе..иями соответствующих пространственных структурных функций была минимальна, по рем полученным таким образом значениям времени запаздывания вычисляют величину и направление горизонтальной составляюцей скорости ветра, усредненные по всей толще атмосферы.

В радиоастрономии и радиотеплолокадии принято выражать интенсивность радиотеплового излучения, поступающего на вход приемника, в терминах радиояркостных температур Т,. В силу того, что в атмосфере всегда существуют турбулентные пульсации полей влажности, давления, температуры воздуха, процесс переноса радиотеплового излучения в такой среде со случайными неоднократностями является случайным процессом. По принимаемому радиоизлучению определяют временные стр ктурные функции Й;(т) радиояркости ат., осферы в каждом пункте приема и пространственные структурные функции радиояоФ кости атмосферы D;, (/Х; — Х,/) для каж.дой пары пунктов приема излучения:

О,(-.) = (;Т,! t) —-..Т„(-,;-/Р

D,, (,— Y,. ) =- (-T„(X,, t) — ;/-„X,:, t)Ii -, где /, j — номера пунктов приема радиоизл чеки я;

Х. — координата i-го

r иуи:;та приемаома;

1 — время:, т — время запаздывания;

-.Т (1)=TÄ(t) — Т, — флуктуация радиояркост н о и температуры.

Равенство нулю разности ЛВ; между временной структурной функцией D,(т), определенной в 1.— м пункте и пространственв ) — > ной структурной функцией Drr (IX.; — Х;/), определенной по излучению, принятому в -м и )-м пунктах, означает, что турбулент ные неоднородности в атмосфере переносились за время т на расстояние между пунктами i u j. В основе метода лежит так называемая модель «замороженной турбулентности» Тайлора, предполагающая скорость сноса турбулентных пульсаций в атмосфере много больше скорости изменения величины этих пульсаций. Если же пункты приема i u j не лежат вдоль вектора скорости ветра, минимум разности ADr означает, что проекция скорости ветра на прямую, соединяющую i-й и 1-й пункты равняется

Х. — Х.

Подбирают все три т, так, ч тлбы разно"ти AD; оыли минимальны, по найденным таким образом значениям -т-; определя.от проекции скорости ветра на все три стороны треугольника, образова1и|ого гунктами приема. По ним вычисляют í"-.п, п-ление и величину горизонтальной сос."ав.яющсй скорости ветра в атмосфере.

Собственное радиотепловсс излучение

10 атмосферы в сантиметровом диаг".çonå волн формирустся в приземиом слое высотой примерно 10 км, г;,е существуpT заметное поглощение в кислороде, водяном пар:, жидкокапельной фазе и осаках. Поэтом

15 полу енная в результатс измерен,тя о исnnиым способом скорость ветра язляется усредненной по всей толще нижней атмосферы до высоты порядка 10 км.

11а чертеже при,едеna функииональиая схема устройства для осущ"ствления даи— ного сгособа.

Устройство состоит из трех радиометроз с антеннами 1 — 3, трех линий задержки

4 — 6, шести корреляторов 7 — 12, трех б !0:ов сравнения 13 — 15 и процессора 16.

Устройство работает следующим обра"-ом.

Радиометры с антеннами, распело.кснными в углах равностороннего треугольника со стороной а и направле..ными вертикально вверх, принимают собстве!in;е радиоизлучение атмосферы, линии задержки осуществляют временной сдвиг сигнала, принятого /-м радиометром на величину т;.

З5 На корреляторы К; поступают сигналы с раднометров Р; и линии задержки Л;, для них корреляторами К; вычисляются значения временных структурных функций .В;(т-„). На корреляторы К;; поступают сиг4О палы с i-го и j-ro радиометров и для ппх корреляторами К; вычисляются значения пространственных структурных функций

D,; „(а).

Значение структурных функций В;(т;) и

45 D;;;(a) поступают в блоки сравнения БС:, где вычисляется величина и = D () — >о(>), С блоков сравнения БС; подаются управ55 ляющие сигналы на линии задержки Л,, меняющие время задержки т, так, чтобы мичимизировать значение Л;. После подбора всех трех т.;, удовлетворяющих этому условию, значения подаются в процессор, где па

55 ним вычисляются направление и абсолютная величина скорости ветра.

Антенны располагаются так, чтобы расстояние между ними было больше области усреднения по диаграмме направленности

50 антенны.

Формула изобретения

Способ определения горизонтальной со55 ставляющей скорости ветра в атмосфере пу786567!

l Ю

|) Составитель С. Непогиня цая

Текред J;. Куклина Кои "" оо С. Фаин

Изд, No 104 Тираж 718 Подписное

НПО <Поиск> Государственного комитета СССР но делам изобретений н откритий

113035, Москва, Ж-35, Раутисхая наб.. д. 4/5

Тив Харак. Фнл. Нред. аПаъенть тем измерения в наземных пунктах собственного теплового излучения атмосферы,,отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения искомой скорости ветра независимо от состоя- 5 ния облачности, излучение атмосферы измеряют в СВЧ-диапазоне в трех, не лежащих на одной прямой пунктах, определяют его временные структурные функции в каждом пункте и пространственные структур- 10 ные функции между каждой парой пунктов, подбором времени запаздывания временных структурных функций минимизируют, разность между их значениями и значениями соответствующих пространственных структурных функций и по трем полученным таким образом значениям времени запаздывания определяют искомый параметр.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1. Авторское свидетельство № 445 003, кл. G 01 $9/60, 1973.

2. Авторское свидетельство № 154 065, кл. G 01 P 5/00, 1962.

3. Space Science Reviews, V. 10, № 2, 1969, р. 291 — 313 (прототип).