Способ управления частотой электромагнитного излучения при радиоакустическом зондировании атмосферы

СОоз СОВетснихсоцидлистическихРЕС 1 УБЛИ К О 1 0809 ну 8 3 9 01 Ы 0 ОПИСАНИЕ ИЗСБРЕТЕЙН АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ос." ССР9. 8 осуда ственкцй комитет сссРо дслАМ изОБРетений и отнРьГпй(71) Харьковский ордена ТрудовоКрасного Знамени институт радиоэлектроники им, акад. М.К,Янгел(56 ) 1. "Вц 11. Ашег. Ме 1 еого 1.1977, к, 58, У 9, р, 928-934.2, Авторское свидетельство СВ 883837, кл. С 011/00, 01,0(прототип),(54) (57) СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЧАСТОТОЙ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ ПРИ РАДИОАКУСТИЧЕСКОИ ЗОНДИРОВАНИИ АТИОСФЕРЫ, включающий излучение пакета акустических волн, облучение этого пакета радиосигналом, прием отраженного сигнала, по доплеровекому сдвигу которого судят об исследуемых параметрах атмосферы, при этом в течение времени наблюдения каждого акустического ракета производят подстройку частоты излучаемого радиосигнала, отличающийся тем, что, с целью увеличения дальности зондирования и точности измерений, одновременно с первым излучают и принимают дополнительно второй радиосигнал, частоту которого выбирают отличной от частоты первого радиосигнала на величину, пропорциональную отношению длины акустической волны к длине акустического пакета, выделяют разность огибающих двух принимаемьс: сигналов О и изменяют синхронно частоты обоихЭ радиосигналов непрерывно в течение времени наблюдения пакета до равенства нулю этой выделенной разности огибающих на всех дистанциях иэмереиия.МюИзобретение относится к метеорологии и может быть использовано для дистанционного измерения профиля абсолютной температуры или радиоакустического зондирования атмосферы. 5Известен способ радиоакустического зондирования атмосферы, основанный на излучении пакета акустических волн, облучении его непрерывным электромагнитным излучением и приеме элект О ромагнитного излучения, отраженного от пакета акустических волн.При условии равенства длины волны акустических колебанийЯцв области отражения половине длины электро- , 15 магнитной волны Л , энергия, отраженная каждым фронтом акустической волны, когерентно складывается, повышая мощность эхо-сигнала усилие йц = - содФ 2 ответствует Брэгговскому рассеянию. 20При выборе оптимальной длины волны А для выполнения условия Брэгга в этом способе предполагают т. е. .25А "саГагде С 1- скорость звука в областиотражения на удалении отточки излучения; 30СарСС,1 к-о)" скорость звука в точкеизлучения;Гб - звуковая частота;Аб- длина звуковой волны;АЮ- длина радиоволны.Измерение температуры основано на измерении скорости звука Сш с которой перемещаются в пространстве звуковые волновые фронты, отражающие радиосигналы, Эта скорость определяется по доплеровской частоте, на которую смещены ограженные радиосигналы относительно излученных Г 13 .Учитывая, что С = АТгде Т - абсолютная температура ( К)," 45А - постоянная зависящая в основном от относительной влажности,получаемй(21 50поскопьку с е + , то т = -ус (3)Недостатками способа являются снижение дальности и точности зондирования из-за уменьшения мощности стра женного сигнала при изменении скорос" тн звука с высотой, и неучета вертикальной составляющей скорости ветра. Наиболее близким по техническойсущности к предлагаемому являетсяспособ радиоакустнческого зондирования атмосферы, основанный на излуЧении пакета акустических волн, облуче"нии этого пакета радиосигналом, приеме отраженного от акустических волнрадиосигнала, по доплеровскому сдвигукоторого судят об исследуемых параметрах атмосферы при этом в течениевремени наблюдения каждого акустичес-кого пакета производят подстройкучастоты излучаемого. радиосигнала относительно предыдущего пропорционально отношению частоты акустическогоизлучения к доплеровскому сдвигу частоты предыдущего принятого радиосигнала 2.Недостатками известного способаявляются снижение дальности эондиро.вання и точности измерений за счеттого, что не учитывается вертикальная составляющая ветра.Цель изобретения - увеличениедальности зондирования и точности измерений.Поставленная цель достигается тем,что согласно способу управления частотой электромагнитного излученияпри радиоакусрическом зондированииатмосферы, включающему излучение пакета акустических волн, облучениеэтого пакета радиосигналом, приемотраженного сигнала, по доплеровскому сдвигу которого судят об исследуемых параметрах атмосферы, при этомв течение времени наблюдения каждогоакустического пакета производят подстройку частоты излучаемого радиосигнала, одновременно с первым излучают и принимают дополнительно второй радиосигнал, частоту котороговыбирают отличной от частоты первогорадиосигнала на величину, пропорциональную отношению длины акустическойволны к длине акустического пакета,выделяют разность огибающих двух при-.нимаемых сигналов и изменяют синхронно частоты обоих радиосигналовнепрерывно в течение времени наблюдения пакета до равенства нулю этой выделенной разности огибающих на всехдистанциях измерения,На фиг.1 представлена зависимостьнормированной мощности отраженногоот акустического пакета радиосигналапри заданном размере акустическогопакета в зависимости ст отношения3.//а, на фиг.2 - структурная схема,осуществляющая предлагаемый способ.В атмосферу излучается пакет звуковых колебаний. Этот пакет распространяется как совокупность местных 5сжатий и разряжений окружающего воздуха. Эти вариации плотности вызывают связанные с ними местные вариации коэффициента отражения атмосферы,которые в свою очередь вызывают стра Ожение небольшой части электромагнитной энергии при прохождении ее черезакустический пакет.Этот акустический пакет облучаютодновременно двумя радиосигналами и 15принимают также два радиосигнала.Отраженные радиосигналы отличаются отизлученных на частоту Доплера.Для сигналов обеих частот вьделяют огибающиетекущие амплитуды), 10например, получая доплеровские биенияотраженной и излученной частоты длякаждого из двух радиосигналов.Доплеровская частота содержит информацию о скорости звука в нижней 25части тропосферы и позволяет рассчи-тать температуру согласно уравнению(3Разность огибающих доплеровскихбиений в соответствии с фиг,1, характеризует положение длины волны .0первого радиосигнала А 4 и длиныволны второго радиосигнала Л.относительно оптимальной длины волны А оп2 Ая,Пусть, например, длина волны пер 35вого сигнала Л.всегда меньше, чем Л.В этом случае, когда величина огибающей на волне Л. меньше, чем огибающая на волне Д. , проводят управление длинами волн А 4 и Ас помощью 40сигнала разности огибающих такимобразом, чтобы обеспечить синхронноеувеличение обеих длин волн. В противном случае, когда величина огибающей на волне Л больше, чем на волне ,4., проводят управление обеимидлинами волн так, чтобы обеспечитьсинхронное уменьшение обеих длинволн, причем в обоих случаях изменение длин волн прекращают, когда первая длина волны меньше 2 -ана заданную величину, а вторая - большая2 Лана эту же величину и огибающиена обеих волнах равны, а разностьогибающих равна нулю. При этом отраженный сигнал максимален, так каксоблюдается условие Брэгга. Разнос длин волнА 4 и А долженбыть существенно меньше, чем ширинаглавного максимума приведенной зависимости (фиг.1), Поскольку ширинаглавного максимума зависимости относительной мощности отраженного сигнала от длины волны примерно равна. Аа,- то разнос длин волн Л-Л.1=Лола где О1Устройство, реализующее способработает следующим образом.Генератор 1 формирует электрический сигнал звуковой частоты, которыйпоступает в акустическую антенну 2и излучается в виде пакета акустических волн, Радиопередатчики 3 и 4 ге-нерируют радиосигналы с длинами волнЯ 4 и 4.2, которые через систему 5суммирования сигналов поступают в передающую антенйу 6 и излучаются ватмосферу. Отраженные от акустического пакета радиосигналы двух длин волнчерез приемную антенну 7, а затем свыхода системы 8 разделения сигналовпоступают на входы приемников 9 и 10,в которых выделяются доплеровскиебиения для обеих длин волн. Сигналыдоплеровских биений подаются на блок11 вычитания, в котором формируетсяразностный сигнал постоянного тока,пропорциональный разности огибающихполученных доплеровских биений. Этотсигнал поступает на блок 12 управления, который осуществляет перестройку частот радиопередатчиков,Использование предлагаемого способа управления частотой электромагнитного излучения при радиоакустическомзондировании атмосферы позволяетполучать максимально возможный отраженный сигнал от акустических волнна всей трассе зондирования. В способе снимается ограничение на выбордлины пакета акустических волн, допустим выбор больших длин пакета.Благодаря этому возможно дополнительное увеличение мощности отраженного сигнала и выбор больших дистанций усреднения измерений температурНапример, при скорости звука Сщ=.330 м/с и скорости вертикальноговетра 311 = 10 м/с увеличение мощности сигнала по сравнению с известнымиметодами при длине акустического пакета Ьг.ОАа будет 6 дБ, что приведет к .,телкчению дальности измеренийв 2 раза,1130809 Составитель Н. Важенинактор Е.Лушникова Техред О. Неце ректор М.Леонтю Заказ 9605/3 Подписно СССР 4 Фил ВНИИПИ по 113035, Тираж 710осударственноголам изобретенийМосква, Ж, Рауш омитетаоткрытская на