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
?вига ветра с погрешностью менее (5 - 10) м/с в диапазоне измерения ветра 30 м/с не представляется возможным, что не удовлетворяет требованиям авиации [26].
Для повышения точности измерений угловых координат движущегося акустического пакета целесообразно применить методы моноимпульсной локации [27,28] .
3.2 Конфигурация антенной системы
На рисунке 3.1 представлены траектория движения акустического пакета под действием ветровых потоков и конфигурация антенной системы радиоакустического измерителя.
Рисунок 3.1 - Траектория движения акустического пакета
Радиоакустическое устройство содержит последовательно соединенные генератор импульсов звуковой частоты и акустическую антенну, Последовательно соединенные генератор радиочастоты и радиопередающую антенну А5, четыре радиоприемные антенны А1, А2, А3, А4, блоки суммы-разности , причем антенны А1 и А4 - с первым и вторым входами блока 5, а разностные выходы 2 блоков 3,5 соединены с первыми входами блоков 6,8 усиления сигнала, блок 4 суммы, первый и второй входы которого соединены с суммирующими выходами 1 блоков 3,5, а выход - с первым входом блока 7 усиления сигнала, блок РЖО АРУ, вход которого соединен с выходом блока 7, а выход - со вторыми входами блоков 6,7,8 усиления сигнала, фазовращателей, на ?/2 9, РЖРЖ, входы которых соединены с выходами блоков 6,8 усиления сигнала, блоки РЖ2,РЖ4 измерения углов прихода ? и ? отраженного сигнала в плоскостях XOZ и YOZ, первые входы которых соединены с выходами блоков 9, II фазовращателей, а вторые входы - с выходом блока 7 усиления сигнала, блок РЖ3 измерения доплеровской частоты Fд отраженного сигнала, первый вход которого соединен с выходом блока 7 усиления сигнала, а второй вход - с выходом генератора РЖ радиочастоты, генератор РЖ6 синхроимпульсов, первый выход которого соединен с входом генератора 2 импульсов звуковой частоты, вычислительный блок РЖ5, первуй и третий входы котрого соединены с выходами блоков РЖ2, РЖ4 измерения улов ? и ?, а второй вход соединен с выходом блока РЖ3 измерения доплеровской частоты Fд, а четвертый вход - со вторым выходом генератора РЖ6 синхроимпульсов.
3.3 Анализ работы радиотехнического устройства
Проанализируем работу этого устройства и сформулируем требования к его техническим характеристикам.
Генератор синхроимпульсов запускает генератор импульсов звуковой частоты который с помощью акустической антенны А6 излучает акустический импульс вертикально вверх. Траектории движения акустического пакета под действием воздушных потоков (рис. 3.1) может быть описана как перемещение конца радиус - вектора R(t), соединяющего точку излучения (начало координат) с текущим местоположением акустического пакета. Длина радиус - вектора, изменяющегося во времени, может быть представлена в виде:
(3.1)
и его проекции на оси координат:
(3.2)
(3.3)
(3.4)
где
(3.5)
Излученный акустический импульс соосно облучается непрерывным радиосигналом с помощью генератора РЖ радиочастоты и радиопередающей антенны А5. Отраженный радиосигнал принимается четырьмя радиоприемными антеннами А1-А4, обрабатывается в блоках 4,5 суммы разности, блок 4 суммы, усиливается до необходимого уровня и нормируется с помощью блока РЖО АРУ в блоках 6,7,8 усиления сигнала, в блоке РЖ3 измеряется доплеровский сдвиг частоты отраженного сигнала, а в блоках РЖ2, РЖ4 измеряются углы прихода ? и ? отраженного радиосигнала во взаимноперпендикулярных плоскостях XOZ и YOZ соответственно. Ввиду прямолинейности распространения радиоволн длина вектора R(t) может быть вычислена по измеренному значению радиальной скорости движения пакета
(3.6)
где VR(t) - радиальная скорость распространения акустического пакета, ?е - длина радиоволны.
Текущее значение углов ?(t) и ?(t), характеризующих угловое положение радиус - вектора R(t), содержится в сигналах, формируемых взаимосвязанными приемными антеннами А1,А2,А3,А4 и блоками 3,4,5.
Рассмотрим операции [27] измерения угла ?(t) с использованием фазового суммарно-разностного метода, полагая, что угол ?=0 (имеется составляющая скорости ветра только в плоскости XOZ). Сигналы на выходах антенн А1 и А4 с идентичными диаграммами направленности при отклонении центра акустического пакета от вертикального (равносигнального) направления вычисляются согласно формулам:
(3.7)
(3.8)
где F(?) - диаграмма направленности антенн А1 и А4, а ?? - фазовый сдвиг, обусловленный разностью хода отраженного радиосигнала от центра пакета до фазовых центров антенн А1 и А4, причем
(3.9)
где l - расстояние между фазовыми центрами антенн А1 и А4,
?е - длина волны отраженного радиосигнала.
Суммарный и разностный сигналы на выходах 1 (суммарном) и 2 (разностном) блока 3 суммы - разности с учетом баланса мощностей будут иметь вид:
(3.10)
(3.11)
После усиления с нормировкой по суммарному сигналу в блоках 6,8 с помощью блока РЖО АРУ, в разностный сигнал вводится дополнительный фазовый сдвиг ??=?/2. Это необходимо для того, чтобы обеспечить равенство нулю выходного напряжения блока измерения угла ? при совмещении центра акустического пакета с равносигнальным направлением, т.е. когда ??=0.
После этих преобразований и с учетом работы АРУ по суммарному сигналу на выходе фазового детектора, входящего в качестве основного принципиального элемента в блок измерения угла РЖ2, имеем напряжение, значение которого зависит от угл?/p>