Устройство для определения параметров турбулентности в атмосферном пограничном слое

 

Изобретение относится к метеорологии, и предназначено для дистанционного исследования атмосферного слоя методом акустической локации для метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов и позволяет упростить определение интенсивности турбулентности путем оценки статистических характеристик принимаемого эхо-сигнала. Выделяют акустический эхосигнал, соответствующий исследуемому объему атмосферы. Используя квадратичный детектор 8 и блок интегрирования 10, измеряют среднее значение квадрата огибающей эхо-сигнала. Используя линейный детектор 9, блок интегрирования 11 и квадратор 12 измеряют квадрат среднего значения огибающей. Категорию интенсивности турбулентности атмосферы определяют, вычисляя отношение измеренных параметров. 2 ил.•

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (si)s G 01 W 1/06

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ (21)4668026/24-10 (22) 27.03.89 (46) 23.02.92. Бюл. ¹ 7 (71) Харьковский институт радиоэлектроники им М.К. Янгеля (72) B.È. Алехин, Г,И. Сидоров и В.И. Сидько (53) 551.501.7 (008.8) (56) Красненко Н.П. и др. Трехканальный акустический локатор МАЛ вЂ” 2 для дистанционного зондирования атмосферы. B сб. 7-й

Всесоюзный симпозиум по лазерному и акустическому зондированию атмосферы, Ч.2

Томск; Изд-во СО АН СССР, 1982, с. 264—

269. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ ТУРБУЛЕНТНОСТИ В АТМОСФЕРНОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ (57) Изобретение относится к метеорологии, и предназначено для дистанционного иссИзобретение относится к метеорологии, предназначается для дистанционного исследования атмосферного пограничного слоя методом акустической локации и для метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов.

Цель изобретения — упрощение конструкции устройства.

На фиг.1 представлена структурная схема устройства при моностатическом методе зондирования; на фиг,2 — то же, при бистатическом методе зондирования.

Устройство при использовании моностатического метода зондирования содержит приемно-передающую антенну 1 с громкоговорителями, переключатель числа громкоговорителей 2, датчик ветра 3, коммунв> . ЦЦ1> 1 71 4551 А1 ледования атмосферного слоя методом акустической локации для метеорологического обеспечения взлета и посадки самолетов и позволяет упростить определение интенсивности турбулентности путем оценки статистических характеристик принимаемого эхо-сигнала. Выделяют акустический эхосигнал, соответствующий иСследуемому объему атмосферы. Используя квадратичный детектор 8 и блок интегрирования 10, измеряют среднее значение квадрата огибающей эхо-сигнала. Используя линейный детектор 9, блок интегрирования 11 и квадратор 12 измеряют квадрат среднего значения огибающей. Категорию интенсивности турбулентности атмосферы определяют, вычисляя отношение измеренных параметров.

2 ил.

4 татор 4, передатчик 5 и приемник 6. Выход приемника 6 соединен с входом блока стробирования 7, к выходу которого подключены ц квадратичный детектор 8 и линейный детектор 9, соединенные с блоками интегрирования и усреднения 10 и 11. К выходу блока 11 подключен квадратор 12. Выходы блоков 10 и 12 подключены к входам блока вычислений и регистрации 13, .Ъ

Устройство при использовании бистатического метода зондирования содержит передающую антенну 1, передатчик 2 и многоэлементную приемную антенну 3, соединенную с переключателем числа элементов 4, управляемого от датчика. ветра 5.

Приемник 6 так же как и в устройстве для использования моностатического метода

1714551 зондирования связан с квадратичным 7 и линейным 8 детекторами, блоками интегрирования и усреднения 9 и 10, квадратором

11 и блоком вычислений и регистрации 12, В обобщенной схеме устройства датчики ветра, переключатель числа элементов многоэлементной антенны или переключатель числа громкоговорителей, датчик ветра, коммутатор и блок стробирования могут быть представлены блоком выделения эхосигнала от рассеивающего объема, поскольку выполняют одну и ту же функцию.

Устройство для осуществления способа при моностатическом методе зондирования работает следующим образом. Передатчик

5, запускаемый импульсами от блока 13 с частотой следования, определяемой максимальной высотой зондирования, через коммутатор, управляемый от блока 13 теми же импульсами, с помощью антенны 1 излучает акустические импульсы вертикально вверх.

Отраженный эхо-сигнал принимают с помощью антенны 1 через переключагель 2 и коммутатор 4 приемником 6, Выходной сигнал приемника стробируют в блоке 7 с задержкой относительно излученного акустического импульса, соответствующего вьгоранному участку высоты.

Стробированный сигнал детектируется одновременно в квадратичном детекторе 8 и линейном детекторе 9. С выходов детекторов сигналы поступают на блоки интегрирования и усреднения 10, 11, с выхода блока

10 непосредственно и с выхода блока 11 через квадратор 12 сигналы поступают в вычислительный блок, Устройство для осуществления способа при бистатическом зондировании работает аналогично, однако высота исследуемого слоя выбирается путем пересечения диаграмм направленности разнесенных передающей и приемной антенн. Блок стробирования не требуется, В пограничном слое воздуха происходит дробление турбулентных вихрей до тех пор, пока не достигается величина числа

Рейнольдса, меньшая критического значения. Возникшие самые мелкие возмущения, размер которых соответствует внутреннему масштабу турбулентности, устойчивы. Сил ьные отраженные акустические сигналы возникают при достаточно большой спектральной плотности температурных флуктуаций, масштаб которых равен йоловине длины падающей звуковой волны, Поскольку пульсации температуры и пульсации ветра коррелированы, отраженный акустический сигнал несет информацию об атмосферной турбулентности, интенсивность которой может быть определена по измеряемым характеристикам этого сигнала, При этом крупномасштабная.турбулентность вызывает лишь дополнительное смещение всего спектра допплеровских

5 частот отраженного сигнала по частотной оси. Мелкомасштабные вихри и температурные пульсации, соизмеримые с размерами рассеивающего объема и длиной волны акустического локатора, вызывают флуктуации

10 огибающей эхо-сигнала и расширение его спектра, Огибающая эхо-сигнала при одинаковом порядке величин случайных составляющих входного сигнала и равномерном

15 распределении фаз распределена по обобщенному закону Рэлея (закону Райса)

Я(Е)= — Æехр(я З.(Ж)

2 0

20 где E — огибающая суммарного выходного сигнала;

Š— амплитуда регулярной составляющей входного сигнала;

25 E Е /2

Š— амплитуда случайных составляющих входного сигнала.

Параметром обобщенного закона Рэлея, характеризующим процессы формирования результирующего сигнала, является величина М = Е,/ае, При наличии в рассеивающем объеме устойчивой горизонтальной стратификации растет регулярная составляющая и падает сумма рассеянных составляющих отраженного сигнала, в результате параметр k увеличивается, При разрушении горизонтальной стратификации и увеличении турбулентности резко падает регулярная составляющая и величина уменьшается в пределе, стремясь к нулю.

В неявной форме зависимость!<- от параметров регистрируемого эхо-сигнала можно представить в виде

45 Е 4 1+k exp k

Е2 Л 2 2 ((1 + k ) I (-,-3+ k I (—, )) где 4 и 1 функции Бесселя нулевого и первого порядков, Атмосферная турбулентность подразделяется на четыре класса по степени воздействия на летательные аппараты и может бьlTL количественно описана среднеквадратическими значениями пульсаций вертикальной составляющей скорости ветра.

В таблице приведены количественные критерии деления интенсивности турбулентности на классы по величине среднеквадратических значений пульсаций

1714551

40 вертикального ветра и соответствующим им значениям параметра К = 20 Ig К

Формула изобретения.

Устройство для определения параметров турбулентности в атмосферном пограничном слое, включающее передатчик, блок выделения эхо-сигнала, приемник, связанный с блоком вычислений, о т л и ч а ю щ ее с я-тем, что, с целью упрощения конструкции, связь между приемником и блоком вычислений осуществлена через введенные, последовательно соединенные линейный детектор, первый блок интегрирования и ус5 реднения и квадратор, подключенный к первому входу блока вычислений, и через введенные, последовательно соединенные квадратичный детектор и второй блок интегрирования и усреднения, подключенный к

10 второму входу блока вычислений.

1714551

Составитель С. Скуратов

Редактор Е. Полионова Техред М.Моргентал Корректор О. Кундрик

Заказ 691 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб„4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101