Способ определения горизонтальной составляющей скорости ветра в атмосфере

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕН ИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз Советских Социалистических Республик(45) Дата опубликования описания 07.02.82Государственный комитет СССР по делам изобретеиий и открытий(71) Заявитель Ордена Трудового Красного Знамени институт радиотехники и электроники АН СССР(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ - ГОРИЗОНТАЛЬНОЙ СОСТАВЛЯЮЩЕЙ СКОРОСТИ ВЕТРА В АТМОСФЕРЕИзобретение относится к метеорологии иможет быть использовано в геофизическихисследованиях и в метеорологическойслужбе.Наиболее распространенными в практике метеорологических измерений дистанционными методами определения скоростиветра являются радиолокационные, основанные на слежении за облаками, осадкамиили поднимаемым на шаре уголковым отражателем (11,Эти способы требуют либо присутствиягидрометеоров в атмосфере, либо запускашаров в безоблачную погоду.Существует способ измерения скоростиветра по скорости движения диэлектрических неоднородностей атмосферы (при отсутствии гидрометеоров), который основанна измерении допплеровского смещениячастоты рассеянного диэлектрическими неоднородностями электромагнитного излучения 121. 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 описываемомуизобретению является способ измерения параметров ветра в атмосфере путем измерения в двух наземных пунктах собственноготеплового излучения атмосферы в инфра- ЗО красном (ИК) диапазоне, проведения корреляционного анализа сигналов и определения функций, по которым, а также по взаимному расположению линий визирования судят о параметрах ветра 13.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 пунктовриема, подбирают время запаздывания.ременных структурных функций так, чтобы разность между их значениями и значеиями соответствующих пространственныхструктурных функций была минимальна, погрем полученным таким образом значениямвремени запаздывания вычисляют величинуи направление горизонтальной составляюцей скорости ветра, усредненные по всейтолще атмосферы.В радиоастрономии и радиотеплолокадии принято выражать интенсивностьрадиотеплового излучения, поступающегона вход приемника, в терминах радиояркостных температур Т В силу того, что ватмосфере всегда существуют турбулентныепульсации 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 н ппос"панственные структурные функИи 1 задиояоФкости атмосферы В;, (/Х, - Х,/) для каж.дой пары пунктов приема излучения:О(") - -Тл)7 я(О (,Х, - Х, ) =- :.Г(Х Ц - :; Л 1).,где ,- номера пунктовприема радиоизлучения;Х,. - координата г-гоиу 1:та р- ма;1 - время:,т - время запаздывания;сТ,(1)=Т,И) - Т, - флуктуация радиояркост н о йтемпературы,Равенство нулю разности ЛВ; междувременной структурной функцией б,(т), определенной в ,-м пункте и пространствен - )ной структурной функцией .0;, (/Х.; - Х;/),определенной по излучению, принятому в-м и -м пунктах, означает, что турбулент ные неоднородности в атмосфере переносились за время т на расстояние междупунктамии . В основе метода лежит такназываемая модель замороженной турбулентности Тайлора, предполагающая скорость сноса турбулентных пульсаций в атмосфере много больше скорости изменениявеличины этих пульсаций. Если же пунктыприемаи 1 не лежат вдоль вектора скорости ветра, минимум разности Л 0; означает, что проекция скорости ветра на прямую, соединяющую 1-й и -й пункты равняетсяХ - ХПодбирают все три т, так, чтобы разностн Л.9; ОЫЛИ ЪИни.аЛЬНН, ПО ИайДЕЦНЫГН таким образом значениям т., определяот проекции скорости ветра на все три стороны треугольника, образовашого гунктам; приема. По ним вычисляют напра.-ление и всличииу горизонтальиой сос"авляю"сй скорости ветра в атмосфере.Собственное радиотепловос излучение 1 О атмосферы в сантиметровом диагазо.еволн формирустся в приземном слое высотой примерно 10 км, где существует заметное поглощение в кислороде, водяном пар:, жидкокапельной фазе и оса ках. Поэтому 5 полученная в результате измерен;я описанным способом скорость ветра язляется усредненной по всей толще нижней атмосферы до высоты порядка 10 км.11 а чертеже приведена функииональиая 2 О схема устройства для осущ"ствления да: -иого сгособа.Устройство состоит из трех радиометрозс антеннами 1 - 3, трех линий задержки 4 - 6, шести корреляторов 7 - 12, трех бло гов сравнения 13 - 15 и процессора 16.Устройство работает следующим образом.Радиометры с антеннами, Оасисложсцными в углах равностороннего треугольиика со стороной а и направлеиыяи вертикально вверх, прици.;аОт собствеииое радиоизлучение атмосферы, линии задержки осуществляют временной сдвиг сигнала, принятого -м радиометром на величину т;.35 На корреляторы К; поступают сигналы срадиометров Р; и линии задержки Лдля них корреляторами К; вычисляются значения временных структурных функций .О;(т.). На корреляторы К поступают сиг О палы с -го и -го радиометров и для иихкорреляторами К; вычисляются значения пространственных структурги х функций .О.;, (а) .Значение структурных функций В;(т;) и 45 О(а) поступают в блоки сравнения БС,где вычисляется величинаЬ /(т) -. (а)С блоков сравнения БС подаются управ 5 б ляющие сигналы на линии задержки Лменяющие время задержки т, так, чтобы мичимизировать значение Л;. После подбора всех трех т.удовлетворяющих этому условию, значения подаются в процессор, где по 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 изобретенияСпособ определения горизонтальной со 55 ставляющей скорости ветра в атмосфере пу786567 11 ср тавптель С, Непоинн цаяТекред Л Куклина оире"тор С. Фай Гохфеа Изд, Уо 104 Тираж 718 ПодписноеНПО Поиск Государственного комитета СССР по делам изобретений и откритзй 113035, Москва, Ж, Раутпсхая наб д. 4/5 ив. Харьк, фнл. пред. аПатенть тем измерения в наземных пунктах собст. венного теплового излучения атмосферы, ,отличающийся тем, что, с целью обеспечения возможности определения искомой скорости ветра независимо от состоя 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 ные функции между каждой парой пунктоь, 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 свидетельство445 003, кл. 6 01 Ь 9/60, 1973.2. Авторское свидетельство154 065, кл. й 01 Р 5/00, 1962.3. Брасе Яс 1 епсе Кеиеъз, 7, 10,2, 1969, р. 291 - 313 (прототип),