Радиоакустический способ зондирования атмосферы

(57) Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для измерения метеовеличин, таких как температура и скорость ветра в атмосфере. Целью изобретения является уменьшение времени зондирования, Для этого отраженный от акустического импульса радиосигнал принимается после его переотражения от подстилающей поверхности, для чего приемная антенна расположена над подстилающей поверхностью и ориентируется так, чтобы центр ее диаграммы направленности совпал с центром фокального пятна отраженных акустическим импульсом радиоволн. 2 ил. электронино-ветровое атмосферы Радиотехнин. сборник агсЬ - 2 Арг.,ПОСОБ ЗОНого подъема, усилитель 5 звуковых коий, звуковой генератор 6, микроЭВМ диопередатчик 8, радиоприемник 9, мную радиоантенну 1 О, причем прия радиоантенна 10 механически соена с механизмом 11 ориентирования ны в азимутальной и угломестной плоях, жестко соединенного с мачтой 12, ритель 13 доплеровского сдвига частомеритель 14 амплитуды и цифропечаее устройство 15,ущность способа заключается в следующем,Сфериакустическстическимфокусируеченные изфронт, вКрайний лку фазовог ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ПИСАНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ С(71) Харьковский институт радки им.акад. М.К,Янгеля(56) Бабкин С.И. и др. Температузондирование пограничного слрадиоакустическим методом, -ка, Республ. межвед. научн.-тХарьков, 1985, вып. 73, с. 68-725-йпт. Сом. Аптеппаз 30 М1987, р 12,опОоп, р, 339-342.(54) РАДИОАКУСТИЧЕСКИЙ СДИРОВАНИЯ АТМОСФЕРЫ Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано для дистанционной регистрации метеовеличин (температуры воздуха, скорости ветра) в тропосфере для метеообеспечения нужд народного хозяйства и научных исследований.Цель изобретения - уменьшение времени зондирования,На фиг,1 приведена структурная электрическая схема устройства для реализации способа; на фиг.2 - пространственное расположение исследуемого обьекта и измерительной аппаратуры,Устройство, реализующее предлагаемый способ, содержит акустический излучатель 1 и передающую радиоантенну 2, расстояние между которыми может изменяться с помощью механизма 3 изменения базы (реечного), механически соединенного с акустическим излучателем 1, передающей радиоантенной 2 и механизмом 4 вертикальн лебан 7. ра прие емна дине антен скост изме ты, из тающ ческий волновой фронт Ф (фиг.2) ого импульса, излученного акуизлучателем с центром в точке А, т электромагнитные волны, излуточки П и падающие на волновой пятно определенных размеров. евый радиолуч, падающий на точо фронта волны синусоидальногозаполнения акустического импульса Ф, отражается от него так, что угол ПФ А равен11 углу АФ Г . Крайний правый радиолуч отражается так, что угол ПФ А равен углу АФ Г1. Однако фокусирование электромагнитных волн будет выполнено в точке Г, а не в точке1Г, потому, что в практических системах радиоакустического зондирования, построенных по бистатической конфигурации, всегда имеет место разность фазовых центров акустического (А) и электромагнитного (П) излучателей.Под действием горизонтального ветра волновые фронты акустического импульса будут переноситься вдоль поверхности, Поэтому крайние (левый и правый) радиолучи, отражаясь от смещенного ветром фронта Ф 1 и проходя равные пути до фокуса (ПФ 1 Г 1 и ПФ 1 Г 1), пересекутся в точке Г 1л 1поверхности Р 1, Для смещенного ветром фазового фронта главной его оптической осью является прямая А О, где А - фазовый1 1 1центр мнимого акустического излучателя, Все остальные радиолучи, падающие на сферический волновой фронт Ф, сфокусируются в точке Г 1, Вследствие турбулентности атмосферы и конечности размеров сферического фронта вместо точечного фокуса в окрестности Г 1 образуется пятно сфокусированных радиолокационных сигналов на поверхности Р. Это пятно становится источником вторичного излучения электромагнитных волн, направленного в верхнюю полусферу. С помощью высокочувствительного приемного устройства и приемной радиоантенны со специальной формой диаграммы направленности (иглообразной, косекансной и т.д., в зависимости от вида получаемой метеоинформации), размещенной в пространстве над подстилающей поверхностью и сориентированной максимумом диаграммы направленности на центр фокального пятна, можно принимать вторичное излучение иэ окрестности точки Г 1 и анализировать параметры принятого сигнала для извлечения данных о метеовеличинах. Устройство, реализующее способ, работает следующим образом.Звуковой генератор 6 вырабатывает электрические колебания, усиливаемые усилителем 5, который по командам микроЭВМ 7 формирует пачки колебаний звуковой частоты, подаваемые на акустический излучатель 1, который преобразует пачки электрических колебаний в акустические импульсы с синусоидальным заполнением, распространяющиеся вертикально вверх в атмосфере. Радиопередатчик 8 генерирует5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 электрические колебания радиочастоты, которые с помощью передающей радиоантенны 2 облучают сферические волновые фронты акустического импульса, Под действием горизонтального ветра сферические волновые фронты акустического импульса смещаются от геометрической оси, проходящей через акустический излучатель 1,и для фокусирования радиолокационных сигналов, отраженных от сферических волновых фронтов акустического импульса, на подстилающую поверхность (на фиг,2 - Р 1) подбирают последовательным изменением расстояния между акустическим излучателем 1 и передающей радиоантенной 2 с помощью механизма 3 изменения базы расстояние между ними и, при необходимости, уровень размещения акустического излучателя 1 и передающей радиоантенны 2 относительно подстилающей поверхности с помощью механизма 4 вертикального подъема. С помощью механизма 11 ориентирования, установленного на мачте 12, изменяют угол визирования так, чтобы направление визирования приемной радиоантенны 10. а следовательно, и направление максимума диаграммы направленности, пересекалось с центром фокального пятна. Отраженные от поверхности радиолокационные сигналы принимаются приемной радиоантенной 10, усиливаются радиоприемником 9, в котором производится выделение доплеровского сдвига частоты и амплитуды принятых радиолокационных сигналов; выделение доплеровского сдвига частоты осуществляется с использованием части мощности колебаний частоты радиопередатчика 8, поступающей на вход радиоприемника 9. Доплеровский сдвиг частоты измеряется измерителем 13 доплеровской частоты, а амплитуда радиолокационных сигналов - измерителем 14 амплитуды, после чего результаты измерений записываются в память микроЭВМ 7 для расчета метеовеличин. Результаты расчета выводятся из микроЭВМ 7 по окончанию вычислений на цифропечатающее устройство 15, Точное наведение визира антенны на середину фокального пятна обеспечивают путем предварительного измерения амплитуды принимаемых радиолокационных сигналов с помощью измерителя 14 амплитуды и сравнением полученных значений амплитуды с расчетным значением, В случае больших расхождений сравниваемых значений амплитуды изменяют угол визирования антенны в азимутальной и угломестной плоскостях до тех пор, пока разница в сравниваемых амплитудах станет минимальной.Расчет площади поверхности, на которой предполагают наблюдать пятно сфокусирован них радиолокационных сигналов, ведут при выбранном значении максимальной скорости ветра. при которой мо жет производиться радиоакустическое зондирование тропосферы по упрощенной формуле для радиуса й площадий = чН/С 10 где ч - средняя скорость ветра в зондируемом слое;Н - высота верхней границы слоя;С - скорость звука, определяемая по приземной температуре воздуха. 15Диаметр поверхности, окружающей основание мачты, может составлять 660-100 м, Для проведения метеоизмерений при любом направлении ветра акустические и 20 электромагнитные излучатели необходимо разместить по схеме фиг.2 на концах двух диаметров этой поверхности, перпенди куля рн ых друг другу (дл я и ростоты направления диаметров можно совместить 25 с направлением сторон света), а приемная радиоантенна должна иметь возможность разворота (например, с помощью поворотной платформы) по азимуту в пределах 0- 360, 30 Формула изобретения Радиоакустический способ зондирования атмосферы, заключающийся в том, что излучают вертикально вверх акустический импульс с синусоидальным заполнением, облучают возникающие от акустического импульса неоднородности среды электромагнитными волнами, длина волны которых вдвое больше длины волны синусоидального заполнения акустического импульса, принимают отраженные акустическим импульсом электромагнитные волны, измеряют амплитуду и частоту доплеровского сдвига отраженных электромагнитных волн, вычисляют по измеренным амплитуде и частоте доплеровского сдвига отраженных электромагнитных радиоволн параметры атмосферы, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения времени зондирования, прием отраженных радиоволн осуществляют после их переотражения от подстилающей поверхности, для чего размещают приемную антенну над подстилающей поверхностью и ориентируют ее так, чтобы направление максимума диаграммы направленности приемной антенны совпало с центром фокального пятна отраженных радиоволн на подстилающей поверхности, сфокусированного сферическими волновыми фронтами акустического импульса.1658105 422 Составитель А. КочиТехред М.Моргентал Редактор Е,Папп Корректор Т,Пал роизводственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул, Гагарина, 101 Заказ 1712 Тираж 376 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб 4/5