Исследование и разработка системы радиоакустического зондирования для измерения параметров ветровых потоков в атмосферном пограничном слое

Дипломная работа - Компьютеры, программирование

Другие дипломы по предмету Компьютеры, программирование



p>Лидар - лазерный метеорологический локатор;

ЛЧМ - линейная частотная модуляция;

МРЛС - метеорологическая радиолокационная станция;

ПАВ - пакет акустических волн;

Радиоакустический сигнал - векторный зондирующий сигнал, состоящий из одномерных акустического и электромагнитного колебаний;

РАЗ - радиоакустическое зондирование;

РАС - радиоакустическая система;

Расдар - станция радиоакустического зондирования атмосферы;

РЛС - радиолокационная станция;

РВП - радиолокационный ветровой профилер;

РСЗА - радиоакустическая система зондирования атмосферы;

СМ - структурная модель;

Содар - станция акустического зондирования атмосферы;

ХНУРЭ - Харьковский национальный университет радиоэлектроники;

ЭПР - эффективная площадь рассеяния;

- коэффициент затухания звуковых волн;

- коэффициент, слабо зависящий от состава, температуры, давления и влажности воздуха;

- скорость распространения звука;

- скорость распространения электромагнитных волн;

- структурная постоянная (характеристика) флуктуаций температуры;

- структурная постоянная (характеристика) флуктуаций скорости ветра;

- постоянная отражения для воздуха , ;

- напряженность электрического поля радиоволны;

- диэлектрическая проницаемость;

- частота акустического излучения;

- доплеровское смещение частоты звуковой волны;

- несущая частота радиосигнала;

- доплеровское смещение частоты радиосигнала;

- угол рассеяния;

- длина электромагнитной волны;

- длина волны акустических колебаний;

- число длин волн в акустическом пакете;

- мощность акустического излучения;

- мощность электромагнитного излучения;

B - параметр расстройки условия Брэгга;

- радиус-вектор точки пространства;

- время;

- абсолютная температура;

- длительность акустического импульса;

- длительность радиоимпульса;

- вектор скорости ветра;

- проекции вектора скорости ветра на оси координат (составляющие скорости ветра);

,,- погрешности составляющих скорости ветра.

ВВЕДЕНИЕ

Жизнь и деятельность человека протекают в атмосфере Земли и зависят в значительной степени от ее состояния. Атмосфера - чрезвычайно сложный и динамичный объект, требующий для исследования соответствующих теоретических и экспериментальных методов. Традиционные контактные методы измерений не способны удовлетворить возрастающих требований к объему метеорологической информации. Основными их недостатками являются дискретность получаемых результатов в пространстве либо во времени и высокая стоимость высотных измерений, для выполнения которых используются специальные средства доставки датчика в исследуемую область: метеорологические мачты, аэростаты, самолеты, вертолеты, ракеты и т.д.

Поэтому в последнее время интенсивно развиваются методы дистанционного зондирования атмосферы электромагнитными и звуковыми волнами [1], позволяющие производить практически непрерывные измерения во всем доступном для данного метода диапазоне высот и обеспечивающие малые затраты на проведение повторных измерений. Значительные возможности по определению параметров атмосферы предоставляют методы радиоакустического зондирования (РАЗ).

Актуальность применения и развития РАЗ в Украине обусловлена наличием районов с высокой плотностью населения, расположением предприятий промышленного производства, в том числе экологически вредных - металлургических, энергетических, химических, значительным развитием воздушного транспорта и ядерной энергетики.

Метод и аппаратура РАЗ могут быть использованы для прогнозирования условий распространения УКВ и волн оптического диапазона, метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов, прогнозирования неблагоприятных метеорологических ситуаций, приводящих к повышенным уровням загрязнения атмосферного воздуха вредными промышленными выбросами, исследования термодинамических процессов, протекающих в атмосферном пограничном слое(АПС).

Цель работы: исследование возможностей сдвига ветра в приземном слое атмосферы с использованием систем радиоакустического зондирования, исследование потенциальных и методических погрешностей измерений и проведение предварительного метрологического анализа проектируемой системы радиоакустического зондирования атмосферы.

1. Обзор литературных источников. Анализ методов исследования и проектирования систем радиоакустического зондирования атмосферы

1.1 Анализ литературных источников

Выполнен аналитический обзор литературных источников, относящихся к рассматриваемой предметной области. Показано, что системы РАЗ характеризуются рядом особенностей, которые выделяют их в специфический класс локационных систем.

Существующие методы измерения параметров атмосферы делятся на две группы [2]: контактные и дистанционные. Среди дистанционных методов зондирования в настоящее время наиболее развиты и перспективны для практического применения следующие: радиолокационный, акустический, радиоакустический, лазерный.

Радиолокация занимает прочное место в исследованиях атмосферы и широко используется в практике метеонаблюдений [13]. Источниками рассеянного сигнала в метеорологических радиолокационных станциях (МРЛС) могут выступать как гидрометеоры [13] (капли дождя, частицы снега, тумана, облаков), так и турбулентные образования ясного неба [9, 11]. Некогер