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
В»еровский метод определения скорости ветра основан на измерении доплеровского сдвига частоты акустического сигнала, рассеянного на движущихся под действием ветра неоднородностях атмосферы. Известны две схемы зондирования, используемые при определении данного метеопараметра: моностатическая и бистатическая [16].
В моностатической схеме используется импульсный зондирующий сигнал, а радиальная (вдоль оси диаграммы направленности) составляющая скорости ветра определяется соотношением [16]
,(2.4)
где - частота излучаемой волны;
- доплеровский сдвиг частоты сигнала, полученный при рассеянии;
- частота рассеянного сигнала.
Пространственное разрешение измерений вдоль направления зондирования определяется половиной протяженности импульса , где - длительность импульса, а в поперечном направлении - шириной диаграммы направленности используемой антенны. Чтобы измерить профиль радиальной составляющей скорости ветра требуется осуществлять стробирование по высоте принимаемого сигнала, выделяя соответствующие площадки.
Полный вектор скорости ветра определяется по результатам зондирования в трех [16] или пяти различных направлениях.
2.7 Актуальность метода
Станции радиоакустического и акустического зондирования активно привлекаются к решению разнообразных научных и прикладных задач, требующих сведений об атмосферных процессах. Однако эффективность их применения в значительной мере ограничивается возможностями существующих технических средств, в то время как возрастающие потребности практики требуют существенного улучшения основных характеристик станций.
Современное состояние теории и техники радиоакустических и акустических систем зондирования не позволяет в полной мере реализовать богатые информационные возможности рассматриваемых методов по измерению параметров атмосферы.
Для более эффективного их использования при решении различных задач требуется улучшать основные показатели качества систем зондирования: точность измерений, дальность действия, пространственное и временное разрешение, помехозащищенность. Требуется также расширять набор измеряемых метеопараметров и улучшать теоретические методы определения показателей качества и метрологической аттестации станций.
3. проектирование моноимпульсной однопозиционной системы радиоакустического зондирования
3.1 Методы измерения сдвига ветра
В настоящее время для метеорологического обеспечения авиации используются результаты вычислений сдвига ветра по измерениям скорости и направления ветра контактными датчиками, расположенными на разных уровнях высотных сооружений в зоне аэродрома. Недостатком этого способа является то, что он не позволяет измерять метеопараметры в 300-метровом слое непосредственно над самой взлетно-посадочной полосой, а только на расстоянии нескольких километров от нее на высотах не более 40 - 50 метров с пространственно-временной экстраполяцией результатов. Получаемые результаты только приближенно соответствуют параметрам атмосферы на ВПП, а наиболее опасные атмосферные вихри диаметром 50 - 100 м над ВПП вообще не обнаруживаются.
Сдвиг ветра может быть вычислен по результатам измерения скорости ветра допплеровскими системами акустического или радиоакустического зондирования [4,16] . Недостатками этих методов является необходимость зондирования в нескольких направлениях внутри выбранного пространства конуса с достаточно большим телесным углом.
Радиоакустическое устройство для измерения скорости горизонтального ветра при зондировании атмосферы в одном направлении.
Принцип действия данного устройства: акустический импульс с синусоидальным заполнением излучается вертикально вверх, облучается непрерывным радиосигналом с использованием передающей антенны радиолокационной станции, при этом целью когерентного сложения амплитуд радиосигнала при отражении от перепадов радиоволны ?е должна быть в 2 раза больше длины акустической волны ?а (условие Брэгга). Отраженный от акустического импульса радиосигнал принимается антенной, диаграмма которой направлена вертикально вверх и в приёмном устройстве измеряются углы прихода в вертикальных взаимоперпендикулярных плоскостях и доплеровский сдвиг частоты. Измеренные величины используются для вычисления скорости и направления горизонтального ветра.
При этом необходимо отметить, что информация об угле прихода отраженного сигнала извлекается с помощью одной неподвижной радиоприемной антенны. Отсюда следует, что в данном устройстве используется пеленгация по методу максимума [28] , т.е. информация об угле прихода содержится в амплитуде отраженного сигнала и времени его прихода. Недостатком такого устройства является то, что, во-первых, устройство не позволяет определить углы прихода отраженного радиосигнала с погрешностью менее полуширины диаграммы направленности приемной радиоантенны на уровне - 3 дБ, поскольку пеленгационная характеристика в данном случае совпадает с диаграммой направленности приемной антенны и на рабочем участке ее крутизна мала [28] ; во-вторых, поскольку реализуются амплитудные измерения, случайные изменения уровня отраженного сигнала, связанные с воздействием атмосферной турбулентности на акустический пакет будут вносить существенную погрешность в результат измерения. Все это приводит к тому, что при реализации радиоакустического способа определения с?/p>