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
ь низкой (около 200м). Кроме того, при наличии ветра высота зондирования значительно уменьшалась.
Использование при эксперименте импульсного доплеровского радиолокатора хотя и позволило сделать установку(RASS-1), но она оказалась непригодной для целей исследования загрязнений приземного слоя атмосферы. Стремление к расширению диапазона высот зондирования привело к модернизации этой установки: импульсный доплеровский радиолокатор был заменен непрерывным, работающим на той же частоте(36,8МГц), в ущерб габаритам установки.
Дальность зондирования была доведена до 3км(при благоприятных атмосферных условиях), а ограничение высоты снизу скомпенсированы установкой дополнительных антенн доплеровского радиолокатора с меньшей базой(14м).
Разрешающая способность по дальности могла варьироваться в диапазоне 120тАж200м.
Первые попытки по созданию мобильных установок радиоакустического зондирования атмосферы воплотились в экспериментальном устройстве HF-RASS, работающем на звуковой частоте 1кГц, которое позволило осуществлять прием рассеянного звуковой посылкой радиосигнала до высоты почти 1км. База антенны радиолокатора, работающего в непрерывном режиме на f = 400МГц, составила 6м при бистатическом способе приема сигнала.
Успешными явились также эксперименты, проведенные в институте физики и атмосферы АН СССР по применению в качестве доплеровского радиолокатора приемо-передающего блока измерителя скорости и угла сноса самолета ДНСС-ЗЛ, что позволило создать компактную РСЗА, работающую на звуковой частоте 22,5кГЦ, база радиоантенны составляет всего 0,55м. Установка РАЗ позволила получить уверенный рассеянный звуковыми посылками сигнал до высот 30-35м[4]. Радиоакустическая система, разработанная проблемной лабораторией зондирования атмосферы Харьковского института радиоэлектроники работает в дециметровом диапазоне волн (?е=10см, ?а=5см). Система является мобильной и предназначена для измерения вертикальных профилей температуры и ветра. В системе предусмотрена компенсация ветрового сдвига акустического пакета [3].
Основные технические характеристики системы РАЗ сведены в таблицу 1.1
Таблица 1.1 -Параметры экспериментальных систем
Параметры установкиТип установокEMACRASS-1RASS-2HF-RASSРАЗ(ИФА)РАЗ(ХИРЭ)Длина электромагнитной волны, м0,0388,150,680,030,1Длина звуковых волн, м0,01544,070,340,0140,05Излучаемая мощность доплеровского радиолокатора, Вт-32081,05,03Характер излучения доплеровским радиолокаторомнепр.имп.непр.непр.непр.непр.Характер излучения акустического сигналаимп.имп.имп.имп.имп.имп.Максимальная дальность действия, м3015003000100035300Минимальное значение дальности зондирования, м-600?200?100-20Разрешающая способность по дальности, м-200?150?30-3-5
Проводя сопоставление основных параметров экспериментальных систем по таблице 1.1 и зависимостей отношения принимаемой мощности к излучаемой от расстояния и частоты акустической волны, можно сделать вывод, что для дистанционного РАЗ атмосферы при исследовании метеорологической обстановки необходимо РСЗА, у которых доплеровский радиолокатор работает в непрерывном режиме, а акустический преобразователь работает на частоте звука, лежащей в интервале 1тАж8кГц, что позволит получить дальность зондирования РСЗА от 300м до 1км, при хорошей разрешающей способности по дальности(?40м)и малых габаритах.
Новая волна интереса к методу РАЗ с начала 70-х годов связана с именем американского ученого Маршалла, который, опираясь на исследования поглощения звука различных частот во влажном воздухе, выполненные Харрисом, пересмотрел существовавшие энергетические представления о методе.
К середине 80-х годов, когда сформировались принцип построения и структура доплеровской радиоакустической системы (РАС), в мире насчитывалось около 10 работающих установок РАЗ [4].
Отличия известных установок состояли, в основном, в используемых диапазонах длин волн, мощностях излучения и числах длин волн в акустическом импульсе. Заметим, что число длин волн в акустическом импульсе (длительность акустической посылки) легко может быть изменено и не является в этом смысле существенной характеристикой.
Все имевшиеся к тому времени системы (кроме ЕМАС и РАЗ-10) были стационарными. В качестве передающих и приемных радиоантенн чаще всего использовались параболические зеркальные антенны, в качестве акустических излучателей - решетки динамиков.
В методе радиоакустического зондирования, основанном на радиолокации распространяющейся в атмосфере звуковой волны, получение отраженного сигнала становится возможным в силу частичного отражения радиоволны от акустических колебаний, которые, распространяясь в атмосфере, модулируют плотность воздуха и, следовательно, создают неоднородности диэлектрической проницаемости.
Наибольшее развитие и распространение среди акустических способов измерения параметров атмосферы получили метод определения скорости и направления ветра по доплеровскому сдвигу частоты рассеянных сигналов и амплитудный метод определения параметров турбулентности [16].
Преимущества применения радиоакустических локаторов по сравнению с другими дистанционными средствами зондирования, проявляются в наибольшей степени при измерении температурных профилей в нижней тропосфере. В настоящее время РАЗ - единственный дистанционный метод, обеспечивающий на практике приемлемую точность измерений температуры в данном высотном диапазоне.
1.3 Сущность радиоакустического метода зондирования атмосферы