Способ дистанционного измерения проекции скорости ветра на выбранное направление

ОЮЗ СОВЕТСКихОЦИАЛИСТИЧЕСКИХЕСПУБЛИК 812 6 01 ЧЧ 1 00 ЕН ЕИ ОПИ ТЕЛЬСТВУ ВТОРСКОМУ ибирского зззАсаб РЛ., узз Неге 4)(57) СПОС ЕРЕНИЯ ПР ДИСТАН ЦИОН НОГО КЦИИ СКОРОСТИ ВЕ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Институт оптики атмосферы Сотделения АН СССР(56) Моптцовегу А . Яепзоте зепзпц оТччпб. апб астозрйегс согЬвепсе Ьу сгосоггеатоп о 1 раззче ароса зарпаАстоз, Ехр, Ьу Кепчонке РгоЬ. ч 2. Мат.о 1 Яс 1969, р. 525-533,Оегг Ч.Е., Роз 1 М., ЯсйаезопСаатее Я.Р.,Мсйсе 61, А Йеогебса апао 1 Эе п 1 огптабоп соптепт оЮ сагатвозрге 1 огпз. "ИОАА ТесЬпса герогй ЕЮ 296В/Р. 20" Вонсег, Соо., Иоч. 1974,Изобретение относится к способам светолокационных измерений скорости ветра в атмосфере и может быть использовано для обслуживания полетов различных тел в атмосфере, прогноза диффузии загрязняющих примесей на заданную территорию, а также измерения в целом профиля вектора скорости ветра.Известен способ, относящийся к пассивной локации параметров атмосферы.Его суть заключается в записи временных флюктуаций сигналов двух фотометров, направленных в различные участки атмосферы, а их поля зрения скрещиваются и НА ВЫБРАННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ, заключающийся в посылке последовательности коротких световых импульсов в различные участки атмосферы, приеме отраженных сигналов и их корреляционной обработке, от л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения оперативности и точности измерений, посылку импульсов излучения и прием отраженных сигналов производят при сканировании в секторе плоскости, включающей прямую выбранного направления, путем стробирования по времени выделяют сигналы, отраженные участками атмосферы, находящимися на прямой выбранного направления для каждого фиксированного направления посылки импульсов при сканировании, а корреляционной обработке подвергают две последовательности выделенных сигналов, полученные при двух сканированиях в разные моменты времени. минимальное расстояние между ними совпадает с выбранным направлением измерения проекции .скорости ветра, и последующей взаимно-корреляционной обработке сигналов фотометров,Недостаток данного способа состоит в небольшом высотном диапазоне работы при значительном вращении измерения (порядка 10 мин), что обусловлено поступлени. ем сигналов из областей атмосферы, лежащих на всей линии визирования, в то время как полезные сигналы поступают лишь с небольшого участка и потому в значительной степени замыты.812027 5 10 РЧ =:уд. 20 25 30 35 40 45 50 55 Известны также технические решения,в которых измерение проекции скорости ветра на выбранное направление осуществляется средствами активной лазерной локации, К таким решениям относится способ, по которому лазерное излучение направляют в две различные области атмосферы, принимают рассеянное излучение из двух объемов лазерных пучков на требуемом удалении, причем линия, соединяющая два рассеивающих объема, должна совпадать с выбранным направлением измерения проекции скорости ветра, Временные реализации сигналов из двух объемов далее подвергаются взаимно-корреляционной обработке, откуда определяют значение проекции скорости ветра.Однако данный способ обладает недостаточной оперативностью измерений, С одной стороны, это связано с,тем, что расстояние между рассеивающими объемами должно быть порядка 10-100 м (это условие вытекает из размеров атмосферных неоднородностей рассеивающих свойств атмосферы, на переносе которых основаны измерения проекции скорости ветра) и при обычных значениях проекции скорости ветра - 1 - 10 м/с требуется регистрация сигналов в течение 1,0 и более минут, т.е. необходимо время, превышающее в 10-100 раэ время переноса неоднородностей между двумя рассеивающими объемами. Для ряда задач это весьма большой интервал времени. С другой стороны, наличие двух передающих и приемных систем для реализации способа 1 ребует значительных затрат времени на перестройку измерений для другой высоты или другого направления.Целью изобретения является повышение оперативности и точности измерений проекции скорости ветра на выбранное направление.Укаэанная цель достигается тем, что посылку импульсов излучения и прием отраженных сигналов производят при сканировании в секторе плоскости, включающей прямую выбранного направления, путем стробирования по времени выделяют сигналы, отраженные участками атмосферы, находящимися на прямой выбранного направления для каждого фиксированного направления посылки импульсов при сканировании, а корреляционной обработке подвергают две последовательности выделенных сигналов, полученные при двух сканированиях в разные моменты времени.Введение пространственного сканирования в секторе плоскости с соответствующим выбором стробируемых участков сигналов позволяет фиксировать пространсгвенное расположение аэроэольных неоднородностей вдоль выбранного направления. Регистрируя положение неоднородностей в два момента времени, легко определить проекцию скорости ветра Ч, При этом применяется пространственная корреляционная обработка реализаций, которая заключается в получении оценки пространственной взаимно-корреляционной функции сигналов вдоль выбранного направления через интервал времени Ьт, Значение проекции скорости ветра определяется как отношение где - пространственный сдвиг, соответст 1вующий максимуму взаимно-корреляционной функции.В выборе интервала времени между двумя сканированиями имеется оптимальность, связанная со структурой атмосферных неоднородностей и скоростью ветра. На практике оценка оптимального значения й может быть получена исходя из предварительных измерений пространственного радиуса корреляции атмосферных неоднородностей и аппроксимации значения скорости ветра вблизи поверхности земли (измеренного анемометром) на требуемую высоту по статистическим моделям профилей ветра. Как показали исследования, пространственный радиус корреляции аэрозольных неоднородностей главным образом сосредоточен в диапазоне 10 - 60 м.Получаемое значение проекции скорости в данном способе является средней величиной в пределах углового сектора сканирования и времени й. В обычных условиях й составляет 5-10 сек, Если сравнить этот интервал с временем наблюдения при съеме информации в двух точках на выбранном направлении, как это сделано в прототипе, то виден значительный выигрыш в оперативности. Так, например, при расстоянии около 40 м и Ч = 10 м/с общее время наблюдения должно быть (исходя из полноты статистики) около 40 сек. В данном случае корреляционная обработка проводится для пространственных реализаций сигналов, а не для временных, как в прототипе. Известно, что при пространственной корреляционной обработке изменчивость неоднородностей не искажает положение максимума корреляционной функции и, следовательно, не вноситдополнительных ошибок в измеряемую величину812027 оставитель И,Сумцохред М.Моргентал Редакт Филиппова ректо етраш аказ 563 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 изводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101 проекции скорости, повышая точность измерений. Данный способ поясняется чертежом. После задания направления, в котором требуется измерение проекции скорости ветра, лазерный локатор 1 устанавливается в положение, обеспечивающее сканирование полем визирования в плоскости, включающей прямую выбранного направления. При сканировании одновременно с поворотом локатора в некотором секторе углов в атмосферу последовательно излучаются короткие световые импульсы, которые распространяются по трассе 2, соответствующей данному угловому положению локатора, Ре- гистрирующая мает отраженные атмосферой сигналы и выделяет участки 3, которые находятся на прямой выбранного направления 4, После проведения одного акта сканирования оно 5 повторяется через интервал времени Ж. Далее проводится корреляционная обработка сигналов, полученных при двух сканированиях,Применение способа ведет к повыше.0 нию оперативности измерений проекциискорости ветра, Реализация способа достигается однопозиционным устройством, что обеспечивает меньшие затраты времени на проведение измерений в различных направ лениях.