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
, звуковые волны в 106 чувствительнее радиоволн к турбулентным температурным неоднородностям атмосферы [16]. В связи с этим в задаче радиоакустического зондирования можно пренебречь влиянием неоднородностей атмосферы на распространение радиоизлучения и ограничиться их влиянием только на параметры звукового излучения. При этом звуковые колебания выступают своеобразным датчиком, а радиоволны - переносчиком информации, что делает метод радиоакустического зондирования достаточно чувствительным к изменениям метеопараметров в атмосфере и защищенным от негативного влияния среды при переносе информации от исследуемого слоя к поверхности земли.
Наибольшее развитие и распространение среди акустических способов измерения параметров атмосферы получили метод определения скорости и направления ветра по доплеровскому сдвигу частоты рассеянных сигналов.
2.5 Практическое применение метода радиоакустического зондирования атмосферы
В настоящее время РАЗ - единственный дистанционный метод, обеспечивающий на практике приемлемую точность измерений температуры в данном высотном диапазоне.
В соответствии со своими возможностями средства акустического и радиоакустического зондирования находят применение при решении следующих практически важных задач.
. Получение больших массивов экспериментальных данных по распределению метеопараметров в пограничном слое атмосферы. Это необходимо для создания общей теории АПС [4].
. Долгосрочное и оперативное прогнозирование атмосферных загрязнений в крупных городах и промышленных районах. Состоит в предварительном детальном изучении средних значений метеопараметров и их изменчивости (например, розы ветров) в местах постройки химических и металлургических комплексов, а также оперативном предсказании опасных для загрязнения воздуха метеорологических ситуаций [2].
. Повышение безопасности взлета и посадки летательных аппаратов [17]. Эта задача решается путем непрерывного контроля метеорологических, прежде всего ветровых, условий вблизи взлетно-посадочных полос аэродромов.
. Исследование различных аспектов распространения радио и световых волн в пограничном слое путем контроля пространственно-временных изменений электромагнитных параметров атмосферы [18]. Долговременные данные о распределении электромагнитных параметров могут, например, использоваться при выборе мест для строительства обсерваторий и РЛС слежения за спутниками.
. Изучение и прогнозирование условий распространения акустических шумов [24], в частности, условий распространения мощных звуковых помех на приземных трассах на значительные расстояния.
. Измерение метеопараметров в процессе проведения оперативных работ по активным воздействиям на туманы (например, с целью вскрытия взлетно-посадочных полос аэродромов).
Несмотря на значительные успехи в развитии дистанционных методов, они в настоящее время не могут полностью заменить традиционную метеорологическую технику, поскольку также обладают рядом ограничений и нуждаются в дальнейшем развитии и совершенствовании.
2.6 Выбор метода исследований
Измерения скорости звука в атмосфере методом РАЗ производят по доплеровскому сдвигу частоты отраженного от звуковой посылки радиосигнала
. (2.2)
Эти измерения являются основными при определении температуры среды и компонентов скорости ветра [22].
В случае зондирования в одном направлении возможно определение температуры. При этом неопределенность слагаемого вносит в значение температуры ошибку, которая оценивается по формуле:
. (2.3)
Для повышения точности определения температуры атмосферы применяют либо осреднение результатов некоторого числа измерений скорости звука, используя предположение о близости среднего значения вертикальной составляющей скорости ветра к нулю, либо измеряют ее по доплеровскому сдвигу частоты отраженного акустического сигнала, полученного из той же области, что и электромагнитный сигнал. Если измерение скорости звука производят с использованием профилера, то для коррекции температуры используют значение лучевой скорости ветра, определяемое по отражениям от ясного неба.
Авторы Петерс и Аргеван были первыми, кто учел на практике при измерении температуры с помощью РАЗ-профилера вертикальное движение воздуха. Это стало возможным после разработки соответствующего спектрального процессора, позволяющего оценивать наряду с достаточно большим доплеровским сдвигом, порождаемым акустической волной, сравнительно малое значение доплеровской частоты, обусловленное ветром. Выполнение коррекции позволило значительно уменьшить расхождение между данными РАЗ и радиозонда.
Однако систематическое отклонение в результатах продолжает присутствовать: температура, полученная методом РАЗ, отличается от температуры, измеренной радиозондом на той же высоте.
Возможна комбинированная методика [24], состоящая в определении вертикальной компоненты скорости ветра по результатам измерений вертикальным моностатическим содаром и температуры в результате совместной обработки информации, полученной по акустическому и радиоканалам. Составляющие при этом определяются способом двух зондирований.
Важной характеристикой систем дистанционного зондирования атмосферы является их пространственное разрешение. В системах радиоакустического зондирования в случае измерения по проходу одного а?/p>