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