Способ определения влажности воздуха радиоакустическим зондированием атмосферы

(я)5 6 01 ИСАИ ИЕ ИЗС)БРЕТЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОВЕДОМСТВО СССР(71) Харьковский институт радиоэлектроники им. акад, М,К. Янгеля(56) Бабкин С.ИМаксимова Н.ГПанченкоА.Ю, и др. Измерение влажности воздухарадиоакустическим зондированием атмосферы,Труды 1 Х Всесоюзного симпозиума по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, ч. 2. Томск."ИОА СО АН СССР.1987. с. 145-148,Авторское свидетельство СССР М 671535, кл, 6 01 8 13/95, 1984.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЛАЖНОСТИ ВОЗДУХА РАДИОАКУСТИЧЕСКИМ ЗОНДИРОВАНИЕМ АТМОСФЕРЫ (57) Изобретение относится к радиометеорологии и может быть использовано при составлении радиоклиматических карт и в Изобретение относится к радиометеорологии и может быть использовано при составлении радиоклиматических карт и в работах по контролю загрязнения атмосферы. Известен способ измсрения влажности, основанный на расчете разности коэффициентов ослабления звуковых волн двух частот, проводимого по данным измерения принимаемой мощности радиолокационных сигналов на двух частотах.Недостатком этого способа является низкая точность измерения влажности воздуха, обусловленная наличием частотных работах по контролю загрязнения атмосферы. Цель изобретения - повышение точности определения влажности воздуха при зондировании в условиях турбулентности и наличия ветра в атмосфере. Способ отличается тем, что одновременно с основным излучают дополнительный акустический импульс, принимают отраженный от него электромагнитный сигнал и измеряют его мощность, раздельно принимают отраженные от температурных и ветровых неоднородностей акустические сигналы, измеряют их мощности и доплеровский сдвиг частоты акустического сигнала, отраженного от температурных неоднородностей, и с учетом реальных турбулентного ослабления энергии звуковых волн и радиуса поперечной когерентности фазового фронта звуковых волн вычисляют коэффициент олекулярного поглощения звука, котоый используют при определении влажости воздуха. 1 ил. зависимостей коэффициента турбулентного ослабления звука и радиуса поперечной когерентности фазы волнового фронта акустического импульса.Наиболее близким по технической сущности к заявленному является способ радиоакустического зондирования для определения влажности воздуха по значению коэффициента ослабления звука, вычисленному по огибающей электромагнитного эхо-сигнала,Недостатком этого способа является низкая точность определения влажности воздуха, поскольку мощность отраженногоэлектромагнитного сигнала зависит не толька от молекулярного ослабления звука, определяемого наличием водяного пара о атмосфере, но и от скорости ветра и турбулентности атмосферы.Целью изобретения является повцщение точности определения влажности воздуха при зондирования в условиях турбулентности и наличия ветра в атмосфеПоставленная цель достигается тем, чта одновременно с основным излучают дополнительный акустический импульс, принимают радиосигнал, отраженный от дополнительного акустического импульса, и измеряют его мощность, принимаат отракенный от температурных неоднородностей атмосферы суммарный (основной и дополнительный) акустический сигнал, определяют мощность и доплеровский сдвиг частоты этого сигнала, принимают отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы суммарный акустический сигнал и измеряют ега мощность, определение коэффициента ослабления ведут с учетом мощностей радиосигналов, отраженных от основного и дополнительного акустических импульсов, и мощностей суммарных акустических сигналов, отраженных ат температурных и ветровых неоднородностей атмосферы, а частоту доплеровского сдвига суммарного акустического эха-сигнала используют при определении температуры воздуха. При этом точку излучения дополнительного акустического импульса выносят навстречу ветру на расстояние 0,5-5 м от точки излучения основного акустического импульса, суммарный акустический сигнал, отраженный от температурных неоднородностей атмосферы, принимают в точке излучения основного акустического импульса, а суммарный акустический сигнал, отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы, принимают о точке, вынесенной навстречу ветру по линии, проходящей через точки излучения акустических импульсов, в направлении на трассу зондирования пад углом 45 к горизонту,На чертеке представлена структурная схема устройства для реализации данного способа.Устройство содержит доплеровский оадиолокатор 1 с передающей 2 и приемной 3 антеннами, доплеровский содар 4 с антенным переключателем 5, приемно-передающей б, передающей 7 и приемными 8 антеннами, блок 9 формирования импульсов, блок 10 измерения параметров радиосигналов, блок 11 измерения параметров10 акустических сигналов, ЭВМ 12 и регистратор 13.Работа по данному способу происходитследующим образом. Размещают передающую 2 и приемную3 радиоантенны так, чтобы направление ветра было перпендикулярно к линии О О, соединяющей эти антенны. От середины данной линии выносят вдоль линии ОО приемно-пеоедающую антенну бра 0,5-5 м), передающую антенну 7(на 0,5-5 м) и приемную антенну 8 доплеровскага содара 4, При этом приемную антенну 8 выносят нарасстояние, при котором направление приема акустического эхо-сигнала, отраженна го ат зондируемого слоя, составляет угол450 отсчитываемый от гооизонтали,С помощью приемно-передающей б ипередающей 7 антенн одновременно верти кельна вверх по сигналам блока формирования импульсов, генерируемых по командам ЭВМ, излучают два акустических импульса П 1 и П 2 с синусоидальным заполнением и одинаковыми энергетическими характери стиками, а при помощи передающей антенны 2 даплерооского радиолокатора излучают электромагнитный сигнал с дли- най волны, в два раза большей длины волны синусоидальнага заполнения акустических 30 импульсов.Распространяясь однооременно и водинаковых условиях, оба акустических импульса подвергаются одинаковому воздействию са стороны атмосферы, Пад 35 действием ветра акустические импульсы последовательна пересекут совмещенные диаграммы направленности (ось О" О" на чертеже) передаащей 2 и приемной 3 радиоантенн сначала импульс, излученный ан генной б, затем импульс, иэлученнцйантенной 7, причем высота пересечения оси О" О" первым импульсом определяет нижнюю границу зондируемого слоя, а высота пересечения той же аси вторым импуль сом - его верхнюю границу. В моментпересечения оси О" О" акустические импульсы облучаются электромагнитными волнами, которые частично отражаются от них и принимаются антенной 3. В блоке 10 50 измерения параметров радиосигналов производится измерение мощностей радиосигналов, доплерооскога сдвига частоты первого радиосигнала и интервала времени между появлением отраженных радиосиг налов и полученные данные заносятся о память ЭВМ.Для получения характеристик турбулентности с целыа учета ее влияния на коэффициент ослабления звука с помощью антенны 6 принимают суммарный акустический сиг 17800715 10 15 20 После этого ЭВМ переводится в режим расчета коэффициента ослабления звука и температуры воздуха в зондируемом слое. По значению доплеровского сдвига частоты радиолокационного эхо-сигнала и измеренного интервала времени вычисляется толщина зондируемого слоя, которая наряду со значениями мощности акустических сигналов используется для восстановления убывающей экспоненты, показатель которой равен коэффициенту ослабления звука, не зависящему от скорости ветра. Значения мощностей акустических эхо-сигналов и данные о технических параметрах доплеровского содара 4 используются для расчета структурных постоянных пульсаций температуры воздуха и скорости ветра, необходимых для вычисления коэффициентов турбулентного ослабления звука и уменьшения мощности электромагнитного эхо-сигнала,за счет укорочения радиуса поперечной когерентности фазового фронта звуковых волн. Рассчитанный коэффициент ослабления звука корректируется с использованием коэффициентов турбулентного ослабления звука и уменьшения мощности электромагнитного эхо-сигнала, после чего коэффициент ослабления звука соответствует коэффициенту молекулярного ослабления звука.По значению доплеровского сдвига частоты электромагнитного эхо-сигнала рассчитывается температура воздуха, а по значению доплеровского сдвига частоты акустического эхо-сигнала - вертикальная компонента скорости ветра, которая используется для расчета поправки при определении температуры воздуха.Вычисленные значения коэффициента ослабления звука и температуры воздуха выводятся на цифропечатающее устройство 13 и используются для определения искомого значения влажности воздуха,Значения структурных постоянных пульсаций температуры воздуха и скорости 25 30 35 40 45 50 55 нал, отраженный от температурных неоднородностей атмосферы, а при помощи антенны 8 - акустический сигнал, отраженный от ветровых неоднородностей, Через антенный коммутатор 5 акустические эхо-сигналы поступают на приемник доплеровского содара, где усиливаются, а затем подаются на вход измерителя 11 параметров акустических сигналов, в котором производится измерение мощностей акустических эхо-сигналов и доплеровского сдвига частоты акустического сигнала, отраженного от температурных неоднородностей, и эти данные заносятся в память ЭВМ. ветра корректируются с помощью калибровочных коэффициентов видаК,-(Сп СпI(СП Сп),где (Со Сп) - структурная постоянная пульсаций метеовеличины, вычисленная помощности суммарного акустического эхосигнала;(Сп Сп) - то же, вычисленное по мощности, принятой от одного акустического импульса;и - вид метеовеличины (температураили скорость),Профиль влажности можно получить,используя большее число точек излученияакустических импульсов, например 3-10.Изобретение позволяет одновременноизмерять скорость ветра в зондируемомслое по выражениюЧ=гйт,где г - расстояние между точками излученияакустических импульсов;бг - измеренный временной интервал. Формула изобретения Способ определения влажности воздуха радиоакустическим зондированием атмосферы путем излучения вертикально вверх в атмосферу акустического импульса с синусоидальным заполнением, облучения распространяющегося акустического импульса электромагнитным сигналом, длина волны которого вдвое больше длины волны акустического импульса, приема отраженного от акустического импульса электромагнитного сигнала и измерения его мощности и частоты доплеровского сдвига. определения температуры воздуха и коэффициента ослабления звука и определения влажности по значениям температуры и коэффициента ослабления звука, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности определения влажности при зондировании в условиях турбулентности и наличия ветра в атмосфере, одновременно с основным излучают дополнительный акустический импульс, принимают электромагнитный сигнал, отраженный от дополнительного акустического импульса, и измеряют его мощность, принимают отраженный от температурных неоднородностей атмосферы суммарный (основной и дополнительный) акустический сигнал,и измеряют его мощность и доплеровский сдвиг частоты, принимают отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы суммарный акустический эхо-сигнал и измеряют его мощность, причем определение коэффициента ослабления звука ведут с учетом мощностей электромагнитных сигналов,1780071 Составитель В. НовиковРедактор С, Кулакова Техред М.Моргентал Корректор Н, Король Заказ 4436 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина, 101 отраженных от основного и дополнительного акустических импульсов, и мощностей суммарных акустических эхо-сигналов, отраженных от температурных и ветровых неоднородностей атмосферы; а частоту до плеровского сдвига суммарного акустического сигнала используют при определении температуры воздуха, причем точку излучения дополнительного акустического импульсы выносят навстречу ветру на 10 расстояние 0,5-5 м от точки излучения основного акустического импульса, суммарный акустический вигнал, отраженный от температурных неоднородностей атмосферы, принимают в точке излучения основного акустического импульса, а суммарный акустический сигнал, отраженный от ветровых неоднородностей атмосферы, принимают в точке, вынесенной навстречу ветру по линии проходящей через точки излучения акустических импульсов, в направлении на трассу зондирования под углом 45 к горизонту.