Акустический локатор для измерения скорости ветра

())) 940119

Оп ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советск на

Социалистически к

Реслублни (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву N 834651 (22) Заявлено 22.12.80 (21) 3223518/18-10 с присоединением заявки Рй (23) Приоритет

Опубликовано 30 ° 06 82 ° Бюллетень Рй 24

Дата опубликования описания 30. 06. 82 (51)М. К)т.

Ч

С 01 Ч 1/00

G 01 Р 5/00

Геауаарстаи1иый комитет

СССР ао делам кзобрете)ее и открытий (53) УДК 551. .508(088..8) (72) Авторы изобретения

Н. П. Красненко, В. А. федоров и M. Г. Фурсов

)

Институт оптики атмосферы Томского фи иМа-. Сибирского отделения СССР

5i. „ (7 I ) За я ви тел ь (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ЛОКАТОР ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ

СКОРОСТИ ВЕТРА

Изобретение относится к метео.рологии и может использоваться для измерения скорости ветра в атмосфере.

По основному авт. св. М 834651 известен акустический локатор для измерения скорости ветра, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, переключатель "прием-передача" с антен10 ной, усилитель, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь и два параллельных канала (в составе первого — последовательно соединенные умножитель и. сумматор, причем .два входа умножителя соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, в составе второго — последовательно соединенные линия задержки, дополнительные умножитель и го сумматор, причем вход линии задержки и второй вход умножителя соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя, выходы сумматоров обоих каналов соединены с электронно-аычислительной малиной), а также синхро))изатор, соединенный с задающим генератором, переключателем "приемпередача" и усилителем (1).

Недостатком известного локатора является то, что при наличии шумов, как внешних акустических, так и внутренних электрических, иэмерейие скорости ветра сопровождается систематическими ошибками. Это происходит вследствие неверного определения значений корреляционной функции, а именно, среднее измеренное значение корреляционной функции Р(Г) склады-. вается из истинного сигнального значения е (1". ) и шумовой составляющей и при низких отношениях сигнал/шум это смешение значительно, что приводит к наличию ошибки при определении скорости ветра..Вышеуказанное относится в первую очередь к измерению 11(С=О), что объясняется фиэичес" кой природой окружающего локатор шу0119

35 а

9" ма, а именно, энергетический спектр шума при обычно применяемых йолосах входного фильтра (50-200 Гц) является примерно постоянным, т.е. близок ,к "белому" шуму. Как известно; в этом случае значения корреляционной функции группируются вблизи малых oL> с максимумом при =б, т..е. в этой точке. наблюдается наибольший вклад шума в корреляционную функцию исследуемого сигнала. В конечном итоге при измерениях это приводит к уменьшенному значению У относительно истинной скорости ветра.

Цель изобретения - повышение точности измерения скорости ветра ь атмосфере.

Указанная цель достигается тем, что акустический локатор, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, переключатель "прием-передача" с антенной, усилитель, полосовой фильтр, аналого-цифровой преобразователь и два параллельных канала (в составе первого - последовательно соединенные умножитель и сумматор, причем два входа умножителя соединены с выходом аналого-. цифрового преобразователя, в составе второго - последовательно соединенные линии задержки, дополнительные умножитель и сумматор, причем вход линии задержки и второй вход умножителя соединены с выходом аналого-цифрового преобразователя), а также электронно-вычислительную машину и синхронизатор, соединейный с задающим генератором, переключателем"прием-передача", усилителем, снабжен подключенным к выходу синхронизатора счетным триггером и связанным с его выходом формирователем, а также двумя цепочками, состоящими из коммутатора, блока па- мяти и блока вычитания, включенными одна .-.между основным сумматором и электронно-вычислительной машиной, а другая - между дополнительным сумматором и электронно-вычислительной машиной, при этом выход счетного три гера подключен к входам коммутаторов, связанных выходами с входом блока вычитания, а выход формирователя подключен к входам блоков памяти.

Локатор содержит задающий звуковой генератор 1, усилитель 2 мощности, переключатель 3 "прием-передача" с антенной, антенный усилитель 4, полосовой фильтр 5, аналого-цифровой преобразователь 6 (АЦП), линию 7 задержки, умножитель 8, дополнительный умножитель 8, сумматор 9, дополнительный сумматор 9, коммутатор 10, блок

11 памяти, блок 12 вычитания, синхронизатор 13, счетный триггер 14, формирователь 15 признака "записьсчитывание", электронно-вычислительную машину 16. !

5 Работа устройства осуществляется в два этапа.

На первом этапе производится измерение только окружающего локатор шума, а именно, определяются значе2а ния шумовых. составляющих P (p) и м (д )с дальнейшим занесением этих -м отсчетов в соответствующую каналу память устройства. При этом на задающий генератор l с синхронизатора 13 поступает импульс запрета и передающий тракт локатора отключается, т.е. производится только прием окружающих локатор акустических шумов. В это время коммутаторы 10 обоих параллельных каналов, управляемые счетным триггером 14 и синхронизатором 13, подключают внутри ка налов выходы сумматоров 9 и 9. к входам блоком 11 памяти. При этом акустические шума принимаются антенной, преобразуются в электрические колебания и через переключатель

3 "прием-передача", также управляемый синхронизатором 13, поступают на усилитель 4, где усиливаются и после прохождения полосового фильтра

5 кодируются в аналого-цифровом преобразователе 6 в дискретные моменты времени с интервалом дискретизации дй1/(4-f>, где Г„ „ - частота

ИЪМ зондирования (см. описание работы второго этапа). Затем закодированные отчеты шума Х пдву) поступают на входы двух каналов.

В первом канале на выходе сумматора 9 накапливается среднее tl сумм произведений вида XN,(n t) Х„„(п gt), т. е. определяется f „„{ О) . Во вт ором канале на вход дополиительногс умножителя 8 1 с помощью линии 7 задержки

На чертеже првдставлена блок-схема предлагаемого акустического локатора. (регистра сдвига) поступают пары вида Х „(пдву, Х„,(л- 11д .1, псэтому на выходе дополнительног ) сумматор, 9401

9 это о канала накапливается среднее (й-1) таких сумм, т.е. определяется P (bt). Далее значения „,(0) и P+ (at) через коммутаторы 10 поступают в соответствующие каналам бло- 5 ки 11 памяти, управляемые по вторым входам формирователем 15 признака

"запись-считывание" (логическим устройством, определяющим режим работы устройства памяти: запись, считывание, хранение и формирующим импульсы обращения к памяти).

На втором этапе работы локатора (этапе зондирования) коммутаторы .10 подключают выходы сумматоров 9 и 9. к входам блоков 12 вычитания, а на задающий генератор 1 с синхронизатора 13 поступает импульс запуска.

Генератор 1 генерирует электрические колебания нужной частоты, кото- 20 рые усиливаются усилителем 2 мощности и через переключатель 3 "прием-передача" поступают в антенну, где они преобразуются в акустические колебания и излучаются. Далее отраженный 25 от неоднородностей атмосферы акустический сигнал вместе с окружающими шумами принимается антенной, преобразуется в электрический и через переключатель 3 "прием-передача" 3о поступает на усилитель 4, усиливается и после прохождения полосового фильтра 5 кодируется в аналого-цифровом преобразователе 6 в дискретные моменты времени с интервалом дискретизации at=1/4-1и,. Затем закодированные отсчеты смеси сигнала и шума Х(пд ) поступают на входы двух параллельных каналов.

В первом канале на выходе сумматора 9 накапливается среднее М сумм произведений вида Д(пЬС)Х(п ), т.е. определяется корреляционная функция смеси сигнала и шума при Т =О, т.е.

45 (0). Во втором же канале на выходе сумматора накапливается среднее (N-1) сумм, т.е. определяется P(bt).

Далее значения p(0(, (дй) смеси сигнала и шума через соответствующие

50 каналам коммутаторы 10 поступают на входы блоков 12 вычитания, Одновременно с формирователя 15 признака

"запись-считывание" 15, управляемого синхронизатором 13 и счетным триггером 14, на вторые входы блоков

17 памяти 11 поступает команда "Считывание" и происходит считывание ранее определенных при первом этапе

19 6 работы локатора значений корреляционной функции шума „(О} и P (at) из блоков ll памяти на втором входе блоков 12 вычитания соответствующих каналов, где определяются разности значений корреляционных функций сме" си сигнала и шума, и просто шума, т.н. R(o)- (о) -«1 (о)в первом канале и R (ht) = 5(at) - Q(at) во втором.

Далее значения R(0) и R(at) поступают в электронно-вычислительную машину 16, где по формулам рассчитывается допплеровский сдвиг и скорость ветра в разрешаемом обьеме атмосферы.

Таким образом„ в предлагаемом локаторе, в отличие от прототипа, скорость ветра определяется по измеренной разности корреляционной функции смеси сигнала шума, полученной при непосредственном зондировании атмосферы, и корреляционной функции отдельно принятого шума.

А так как средние статистические характеристики акустического шума достаточно стабильны, по крайней мере за время одного цикла измерений не более 6 с), то это позволяет утверждать о компенсации его влияния на измерение указанных выше двух точек корреляционной функции сигнала, а следовательно, и об увеличении точности измерения скорости ветра за счет уменьшения системати-.. ческих ошибок измерений. формула изобретения

Акустический локатор для измерения скорости ветра по авт. са. й" 834651, о т л и ч а ю щ и и с и тем, что, с целью повышения точности, он снабжен подключенным к выходу синхронизатора счетным триггером и связанным с его выходом формирователем, а также двумя цепочками, состоящими из коммутатора, блока памя" ти. и блока вычитания, включенными одна - между электронно-вычислительной машиной и основным сумматором,. а другaR - между дополнительным сумматором и электронно-вычислительной машиной, при этом выход счетного триггера подключен к входам коммутаторов, связанных выходами с входом блока вычитания, а выход формирователя подключен к входам блоком памяти, Источники информации, принятые во внимание при экспер изе

1, Авторское свидетельство СССР

N 834651, кл. G Îl W 1/ОО 1с, 10.79.

940119 аказ 2 Тираж 717

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Иосква 3-35 Рауаская наб., д. 4/5

Подписное филиал ППП "Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, Составитель С. Непомнящая

Редактор Н. Чубелко Техред К.Иыцьо Корректор Ю.Иакаренко