Способ измерения интенсивности дождя и устройство для его реализации

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИН 3159 С 01 Б 13 9 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Цугф,(21) 3557345/24-09(71) Томский инстванных систем упрэлектроники.Б, Кульшенева итут автоматиэироавления и радиоД. Радиолокация идрометеоиздат,Абашев М ерения ин гопада. Т 65-70. 2. Дадали 10.А, диолокационные иэм ности дождей и сне 1972, вып, 20, с. Т. Ра енсивуды ВГИ,ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ИНТЕНСИВНОСТИДОЖДЯ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ.(57) 1. Способ измерения интенсивности дггждя, основанный на облучении дождя первым радиолокационнымсигналом линейной поляризации, приеме отраженного от дожпя сигнала тойже поляризации, измерении отношенияямощности принятого сигнала кмощности собственных шумов приемника с последующим вычислением радиолокационной отражаемости дождя, облучении дождя вторым радиолокационным сигналом, приеме отраженного отдождя второго радиолокационного сигнала, измерении отношения як мощности второго радиолокационного сигнала к мощности собственного шума приемприемника с последуюшнм вычислениеминтенсивности дождя по измереннымзначениям отношений я, я к, о т л и-.ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности измерений, излучаемый и принимаемый вторые радиолокационные сигналы имеют круговую поляризацию, а интенсивность дождя 3 определяют по формулеига Я Эъь,ггпу Я +048 где 2 - радиолокационная отражаемость дождя.2. Устройство измерения интенсивности дождя, содержащее последовательно соединенные передатчик и антенный переключатель, антенну, генератор стандартных сигналов, последовательно соединенные приемник, блок стробирования, пиковый детектор, интегратор и вычислитель, причем вход приемника подключен к второму выходу антенного переключателя, второй выход передатчика подключен к второму входу блока стробирования, а выход генератора стандартных сигналов подключен к входу приемника, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повьппения точности измерений, в него введены вращающаяся секция круглого волновода со встроенной четвертьволновой фазовой пластинкой и последовательно соединенные блок управления и исполнительный механизм, вал которого соединен механическои зубчатой передачей 1:1 с вращающейся секцией круглого волновопа с встроенной четвертьволновой фаэовой пластинкой, причем выход антенного переключателя подключен к входу антенны через вращающуюся секцию круглого волновода со встроенной четвертьволновой пластинкой.Ч(а,) = С а,(3) 3 1282 которого соединен механической зубчатой передачей 1: 1 с вращающейся секцией круглого волновода с встроенной четвертьволновой фазовой пластинкой, причем выход антенного переключателя подключен к входу антенны через вращающуюся чекцию круглого волновода со встроенной четверть- волновой пластинкой.На чертеже представлена структур О ная электрическая схема предлагаемого устройства измерения интенсивности дождя.Устройство содержит передатчик 1, антенный. переключатель 2, вращающуюся секцию 3 круглого волновала со встроенной четвертьволновой фазовой пластинкой, антенну 4, приемлик 5, блок 6 стробирования, пиковый детектор 7, интегратор 8, генератор 9 стандартных сигналов, блок 10 управления, исполнительный механизм 11, вычислитель 12.Сущность предлагаемого способа заключается в следующем. 25Интенсивность осадков может быть определена следующим образома3:11 1 о ,1 ,1 Ч,1 11 т 1 огде 3 - интенсивность осадков,мм/ч9 Й ) - функция распределениячастиц осадков в единице обьема по эквивалентным диаметрам, мм " /мзд - эквивалентный диаметрчастиц, мм;40.Й , д . - максимальный и минимальвахщ 1 оный диаметры частиц,мм;Ч(Й ) - скорость падения частицв зависимости от эквивалентного диаметра,45м/с.Распределение частиц осадков поразмерам описывается распределениемМаршала-ПальмераЛ 1 . 50о(а,) = В а, (2)где И и В - параметры распределения,а зависимость скорости падения частиц от эквивалентного диаметра - вы ражением вида= 4,1).Подставляя (2) и (3) в (1) и производя интегрирование, можно полу- чить З=В 10 . ( )Радиолокационная отражаемость выражается через функцию распределе ния частиц по размерам следующим образом 1К = уй,)а а(а,). (5)с 1 в,пПодставляя в (5) распределение Маршала-Пальмера и учитывая, что радиолокационная отражаемость выражается через радиусы частиц, получима,йе э 1( 1 э) =,2 - ь-Лд, ь и г= -Ие 1 оКапли дождя имеют форму, отличную от сферической, причем, чем больше размер капли, тем больше отличие ее формы от сферы. При этом отношение вертикального размера капли к горизонтальному определяется соот- ношением- 1,03-0,124 г, для 0.5 мм ((7) где г - эквивалентный радиус капли, мм,а- =, у - фактор формы частицы.ЬФактор формы чаСтиц может бытьизмерен по отношению мощностей эхосигналов, принимаемых при круговойи линейной поляризации. При этомотношение мощностей связана с фактором формы следующим соотношением(8)кгде = -- отношение средних мощРнастей при круговой илинейной поляризациях,"г- фактор формы частиц.Решив уравнения (7) и (8) совместно о ос л 2 г =аплучекс 1 =(9)5 Э,22 У +О,Вэ 1+21/Таким образом, если все капли имеют одинаковый размер, измерив р,ного механизма 11, выполненного в виде синхронного шагового микродвигателя, преобразующего команду, заданную в виде импульсов, в фиксированный угол поворота вала. Исполнительный механизм 11 соединен с вращающейся секцией 3 механической зубчатой передачей 1: 1 и смонтирован на общем основании с ней. Управляющие импульсы на исполнительный механизм поступают из блока 10 управления, который представляет собой генератор импульсов, имеющий режим однократного запуска и режим внешней синхронизации.Когда фазовая пластинка занимает первое фиксированное положение, линейнополяризованное излучение пере" датчика 1 (импульсное), пройдя без изменения поляризации антенный переключатель 2 и вращающуюся секцию 3, излучается антенной 4 в направлении цели (дождя). Принятый антенной 4 эхо-сигнал, пройдя вращающуюся секцию круглого волновода и антенный переключатель 2, поступает на вход приемника 5. Амплитудная характеристика приемника при этом с помощью генератора 9 стандартных сигналов предварительно прокалибрована, т.е. по величине выходного сигнала можно определять мощность сигнала, поступающего на вход приемника. С выхода приемника 5 сигнал поступает на вход блока 6 стробирования, выполненного по ключевой схеме. Блок 6 стробирования пропускает на пиковый детектор 7 сигнал только с заданной дальности. Выбор дальности осуществляется оператором. С выхода пикового детектора 7 флуктуирующее напряжение, пропорциональное мощности принимаемого эхо-сигнала, поступает на интегра 2821 8тор 8, где происходит его усреднение. Таким образом, на выходе интегфратора 8 напряжение пропорционально средней мощности .эхо-сигнала5 при линейной поляризации излучения.Амплитудная калибровка, проведенная предварительно, позволяет определить величину этой мощности. Повеличине средней принимаемой мощнос 10 ти эхо-сигнала, дальности до целии потенциалу локатора в вычислителе определяется радиолокационнаяотражаемость 2,Когда фазовая пластинка занима 15 ет второе фиксированное положение,линейнополяризованное излучениепередатчика 1, пройдя антенныйпереключатель 2, поступает на фазовую четвертьволновую пластинку и20 преобразуется в излучение, поляризованное по кругу, Эхо-сигнал, проходя приемный тракт локатора, претерпевает те же преобразования,что и сигнал при линейной поляриза 2 ции излучения. По величине выходного сигнала устройства в вычислителе 12 определяется величина мощнос-.ти эхо-сигнала при круговой поляризации излучения. После этого враЗ 0 щающаяся секция 3 кругового волновода с встроенной четвертьволновойфазовой пластинкой возвращается висходное положение. По величинаммощностей эхо-сигнала при круговойи линейной поляризациях излученияи величине радиолокационной отражаемости в вычислителе 3 определяется интенсивность дождя.Сравнительный анализ показал,что предлагаемые способ измеренияинтенсивности дождя и устройстводля его реализации позволяет обеспечить. более высокую точность измерений,1128211 Составитель В. РодзивиРедактор С. Патрушева Техред Л.Коцюбняк ектор М. Максимишинец Подпис ППП "Пат г. Ужгород, ул. Проектная Заказ 9025/35ВНИИПИ Государстпо делам изобр313035, Москва, ЖТираж 71 енного коми етений и от , Раушская та СССытийб., д.