Способ дистанционного измерения проекции скорости ветра на выбранное направление

 

СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЕКЦИИ СКОРОСТИ ВЕТРАНА ВЫБРАННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ, заключающийся в посылке последовательности коротких световых импульсов в различные участки атмосферы, приеме отраженных сигналов и их корреляционной обработке, отличающийся тем. что. с целью повышения оперативности и точности измерений, посылку импульсов излучения и прием отраженных сигналов производят при сканировании в секторе плоскости, включающей прямую выбранного направления, путем стробирования по времени выделяют сигналы, отраженные участками атмосферы, находящимися на прямой выбранного направления для каждого фиксированного направления посылки импульсов при сканирований, а корреляционной обработке подвергают две последовательности выделенных сигналов, полученные при двух сканированиях в разные моменты времени.^0fe

союз соВетских

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 W 1/00

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (IOCllATEHT CCCP) к .r;

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

О 4

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 2825339/10 . (22) 08.10.79 (46) 15.12.92. Бюл. N. 46 (71) Институт оптики атмосферы Сибирского отделения АН СССР (72) Г.Г. Матвиенко (53) 551.508,9(088.8) (56) Montgomery АЛ. Remote sensing of winds . and atmospheric turbulence by cross—

correlation of passive optical slgnals.—

Atmos. Expl. by Remote Prob. ч.2. Nat. Aced

of $с!„1969, р. 525-533, Derr V.Å., Post М.J, Schwieson РЛ., Calfee R.F.,McNtce G.J, А theoretical analysis

of the information content of lidar atmosphere

returns. "N0AA Technical report ЕИ 2960/Р1 20" Boulder, Colo., Nov. 1974. (54)(57) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ПРОЕКЦИИ СКОРОСТИ ВЕТРА

Изобретение относится к способам светолокационных измерений скорости ветра в атмосфере и может быть использовано для обслуживания полетов различных тел в атмосфере, прогноза диффузии загрязняющих примесей на заданную территорию, а также измерения в целом профиля вектора скорости ветра.

Известен способ, относящийся к пассивной локации параметров атмосферы.

Его суть заключается в записи временных флюктуаций сигналов двух фотометров, направленных в различные участки атмосферы, а их поля зрения скрещиваются и

5U 812027 А1

НА ВЫБРАННОЕ НАПРАВЛЕНИЕ, заключающийся в посылке последовательности коротких световых импульсов в различные участки атмосферы, приеме отраженных сигналов и их корреляционной обработке, от л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения оперативности и точности измерений, посылку импульсов излучения и прием отраженных сигналов производят при сканировании в секторе плоскости, включающей прямую выбранного направления, путем стробирования по времени выделяют сигналы, отраженные участками атмосферы, находящимися на прямой выбранного направления для каждого фиксированного направления посылки импульсов при сканировании, а корреляционной обработке подвергают две последовательности выделенных сигналов, полученные при двух сканированиях в разные моменты времени. минимальное расстояние между ними совпадает с выбранным направлением измерения проекции скорости ветра, и последующей взаимно-корреляционной обработке сигналов фотометров, Недостаток данного способа состоит в небольшом высотном диапазоне работы при значительном вращении измерения (порядка 10 мин), что обусловлено поступлением сигналов из областей атмосферы, лежащих на всей линии визирования, в то время как полезные сигналы поступают лишь с небольшого участка и потому в значительной степени замыты.

812027

10

40

Известны также технические решения, в которых измерение проекции скорости ветра на выбранное направление осуществляется средствами активной лазерной локации. К таким решениям относится способ, по которому лазерное излучение направляют в две различные области атмосферы, принимают рассеянное излучение из двух объемов лазерных пучков на требуемом удалении, причем линия, соединяющая два рассеивающих объема, должна совпадать с выбранным направлением измерения проекции скорости ветра, Временные реализации сигналов из двух объемов далее подвергаются взаимно-корреляционной обработке, откуда определяют значение проекции скорости ветра.

Однако данный способ обладает недостаточной оперативностью измерений. С одной стороны, это связано с,тем, что расстояние между рассеивающими объемами должно быть порядка 10-100 м (это условие вытекает из размеров атмосферных неоднородностей рассеивающих свойств атмосферы, на переносе которых основаны измерения проекции скорости ветра) и при обычных значениях проекции скорости ветра — 1 — 10 м/с требуется регистрация сигналов в течение 1,0 и более минут, т.е. необходимо время, превышающее в 10-100 раэ время переноса неоднородностей между двумя рассеивающими объемами. Для ряда задач это весьма большой интервал времени. С другой стороны, наличие двух передающих и приемных систем для реализации способа требует значительных затрат времени на перестройку измерений для другой высоты или другого направления.

Целью изобретения является повышение оперативности и точности измерений проекции скорости ветра на выбранное направление.

Укаэанная цель достигается тем, что посылку импульсов излучения и прием отраженных сигналов производят при сканировании в секторе плоскости, включающей прямую выбранного направления, путем стробирования по времени выделяют сигналы, отраженные участками атмосферы, находящимися на прямой выбранного направления для каждого фиксированного направления посылки импульсов при сканировании, а корреляционной обработке подвергают две последовательности выделенных сигналов, полученные при двух сканированиях в разные моменты времени.

Введение пространственного сканирования в секторе плоскости с соответствующим выбором стробируемых участков сигналов позволяет фиксировать пространственное расположение аэроэольных неоднородностей вдоль выбранного направления. Регистрируя положение неоднородностей в два момента времени, легко onðåделить проекцию скорости ветра Ч. При этом применяется пространственная корреляционная обработка реализаций, которая заключается в получении оценки пространственной взаимно-корреляционной функции сигналов вдоль выбранного направления через интервал времени At, Значение проекции скорости ветра определяется как отношение где! — пространственный сдвиг, соответст1 вующий максимуму взаимно-корреляционной функции.

В выборе интервала времени между двумя сканированиями имеется оптимальность, связанная со структурой атмосферных неоднородностей и скоростью ветра.

На практике оценка оптимального значения

At может быть получена исходя из предварительных измерений пространственного радиуса корреляции атмосферных неоднородностей и аппроксимации значения скорости ветра вблизи поверхности земли (измеренного анемометром) на требуемую высоту по статистическим моделям профилей ветра. Как показали исследования, пространственный радиус корреляции аэрозольных неоднородностей главным образом сосредоточен в диапазоне 10 — 60 м.

Получаемое значение проекции скорости в данном способе является средней величиной в пределах углового сектора сканирования и времени Ai. В обычных условиях At составляет 5-10 сек, Если сравнить этот интервал с временем наблюдения при съеме информации в двух точках на выбранном направлении, как это сделано в прототипе, то виден значительный выигрыш в оперативности. Так, например, при расстоянии около 40 м и Ч = 10 м/с общее время наблюдения должно быть (исходя из полноты статистики) около 40 сек.

В данном случае корреляционная обработка проводится для пространственных реализаций сигналов, а не для временных, как в прототипе. Известно, что при пространственной корреляционной обработке изменчивость неоднородностей не искажает положение максимума корреляционной функции и, следовательно, не вноситдополнительных ошибок в измеряемую величину

812027

Составитель И.Сумцов

Редактор O,Ôèëèïïoâà Техред М.Моргентал Корректор В.Петраш

Заказ 563 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 проекции скорости, повышая точность измерений.

Данный способ поясняется чертежом.

После задания направления, в котором требуется измерение проекции скорости ветра, лазерный локатор 1 устанавливается в положение, обеспечивающее сканирование полем визирования в плоскости, включающей прямую выбранного направления.

При сканировании одновременно с поворотом локатора в некотором секторе углов в атмосферу последовательно излучаются короткие световые импульсы, которые распространяются по трассе 2, соответствующей данному угловому положению локатора, Регистрирующая мает отраженные атмосферой сигналы и выделяет участки 3, которые находятся на прямой выбранного направления 4, После проведения одного акта сканирования оно

5 повторяется через интервал времени ht. Далее проводится корреляционная обработка сигналов, полученных при двух сканированиях.

Применение способа ведет к повыше1.0 нию оперативности измерений проекции скорости ветра. Реализация способа достигается однопозиционным устройством, что обеспечивает меньшие затраты времени на проведение измерений в различных направ15 лениях.