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
птивным образом изменены при излучении. Объект радиолокационного наблюдения также сравнительно легко поддается воздействию атмосферных процессов и под их влиянием существенно изменяет свое местоположение, параметры движения и внутреннюю структуру.
Особенности объекта накладывают достаточно жесткие ограничения на структуру и параметры излучаемой радиоволны, с одной стороны, и порождают специфические свойства рассеянного радиосигнала - с другой: сигнал содержит когерентную и некогерентную составляющие; фокусируется определенным образом в пятно на поверхности земли и т. д.
При таком рассмотрении становятся очевидными требования, формируемые используемым рассеивающим объектом к радиопередающей и радиоприемной частям системы что выделяет РАС в специфический класс локационных систем.
В настоящее время применяют также развернутые комплексные системы, включающие в себя наряду со средствами дистанционного зондирования, основанными на различных принципах, работающими в различных частотных диапазонах и по различным методикам, и различную контактную аппаратуру, расположенную, в том числе, на носителях, способных поднимать ее над поверхностью земли. Из средств дистанционного зондирования при этом чаще всего используют содары, мини-содары, станции РАЗ, ветровые профилеры, лидары, спектрометры и радиометры.
2. Системы Радиоакустического зондирования
2.1 Принцип работы и классификация систем радиоакустического зондирования
Принцип метода радиоакустического зондирования заключается в следующем. В атмосферу направленно излучается звуковой сигнал, который, распространяясь, взаимодействует с ней. Рассеянное неоднородностями или приходящее излучение принимается приемной антенной, и по его параметрам судят о характеристиках атмосферы.
Следовательно, основной набор элементов, необходимых для радиоакустического зондирования, содержит передающую систему для направленного излучения акустической энергии в заданную область атмосферы и чувствительную приемную систему для регистрации и обработки рассеянного сигнала.
По виду используемого излучения различают системы с импульсным и непрерывным излучением, которое может быть, например, частотно-модулированным. Импульсные системы зондирования удобны для измерений профилей атмосферных параметров, а системы с непрерывным излучением - для непрерывного контроля изменений параметров в исследуемом объеме атмосферы и характеризуются повышенной помехоустойчивостью.
Системы радиоакустического зондирования могут быть также одноканальными (один приемо-передающий канал), двух- и трехканальными. Разделение приемо-передающих каналов может быть как пространственное, образованное многолучевой антенной системой с различной ориентацией диаграмм направленности (ДН), так и частотное. Естественно, подразумевается параллельная работа каналов. Многоканальными могут быть не только однопозиционные моностатические локаторы, но и многопозиционные. Например, бистатический локатор может быть одноканальным с раздельно работающими передатчиком и приемником и двухканальным с обратимым передатчиком. При измерениях скорости ветра, одно-, двух- и трехканальные локаторы чаще всего называют одно-, двух- и трехкомпонентными соответственно по числу одновременно измеряемых компонент вектора скорости ветра, а при многочастотном зондировании - одно-, двух- и трехчастотными. Радиоакустические локаторы могут быть со сканированием (переключением) по углу - азимутальному или углу места для измерения профилей метеопараметров либо со сканированием по частоте - многочастные.
По виду получаемой информации радиоакустические локаторы можно также поделить на два типа: к первому, чаще всего встречающемуся, относятся импульсные моностатические локаторы с факсимильной регистрацией сигнала, ко второму типу - локаторы с системами обработки сигналов для получения количественной информации о параметрах атмосферы.
2.2 Требования к выбору параметров радиоакустических локаторов и несущей частоты
При проектировании и эксплуатации радиоакустических локаторов важен выбор таких параметров локатора, которые бы обеспечивали наилучший режим его работы. Наиболее простой и достаточно полной характеристикой качества системы зондирования является отношение средних мощностей сигнала и шума. По значениям этой величины можно следить в целом за работой акустического локатора. Добившись максимального отношения сигнал/шум, можно считать, что система функционирует в оптимальном режиме.
Несущая частота является одним из основных параметров радиоакустического локатора. Имеющиеся оценки указывают на сильную частотную зависимость мощности принимаемого сигнала, а следовательно, и максимальной дальности зондирования.
С увеличением частоты, с одной стороны, увеличивается направленность и пространственное разрешение при заданных габаритах антенной системы, уменьшается уровень окружающих шумов и растет доля рассеянной энергии распространяющейся звуковой волны, а с другой стороны, усиливается ослабление этой волны. Вследствие компромисса между перечисленными факторами получается некоторая оптимальная (по какому-либо критерию) частота для заданных условий.
Наиболее простым и удобным при нахождении оптимальных частот является критерий максимизации отношения сигнал/шум на входе приемной части локатора. Для целей радиоакустического зондирования атмосфе?/p>