Основные разделы


Измерения скорости звука в атмосфере методом РАЗ

Комбинированные системы РАС - РВП позволяют измерять скорость звука, скорость ветра и температуру, а также их флуктуации.

Важной характеристикой систем дистанционного зондирования атмосферы является их пространственное разрешение. В системах радиоакустического зондирования в случае измерения по проходу одного акустического импульса пространственное разрешение определяется продольным и поперечным размерами акустического пакета. При зондировании в нескольких направлениях значения метеовеличин находятся как средние для той части пространства, которая ограничена выбранными направлениями зондирования [5].

Кроме того, при последовательном зондировании в различных направлениях к разнесению измерений по пространству добавляется разнесение по времени. По этой причине таким способом можно измерять лишь средние по пространству и по времени значения метеовеличин. В некоторых задачах требуется измерение «мгновенных» значений метеовеличин вдоль заданного направления.

Получение профилей параметров атмосферы зондированием в нескольких направлениях требует также выполнения большого числа единичных измерений. Для зондирования в четырех направлениях их число определяется формулой , где - количество точек в профиле; - количество измерений в каждой точке для одного направления.

В условиях нестационарного протекания атмосферных процессов увеличение числа измерений с целью уменьшения ошибки после превышения некоторого интервала времени приведет к росту результирующей погрешности.

Ошибки, вызванные нестационарностью процессов в атмосфере, имеют место и при определении профиля полного вектора скорости ветра РВП путем зондирования в нескольких направлениях.

Максимальная дальность действия систем радиоакустического зондирования, построенных по основной схеме, в значительной степени ограничена действием горизонтального ветра. Это объясняется смещением пятна отраженных электромагнитных колебаний с апертуры приемной антенны.

Излученный в атмосферу акустический импульс переносится горизонтальным ветром, что приводит к изменению взаимного угла наклона фронтов акустической и электромагнитной волн. Отражение радиоволн от сферических волновых фронтов, созданных акустическим импульсом, является зеркальным. Следовательно, это приводит к перемещению пятна отраженных колебаний в горизонтальной плоскости вблизи поверхности земли. Величина перемещения является наибольшей при зондировании в направлениях, перпендикулярных вектору скорости горизонтального ветра [5]. При зондировании в наклонных направлениях, лежащих в плоскости вектора скорости горизонтального ветра, проекция этого вектора на направление зондирования увеличивается, и смещение пятна уменьшается. Но даже при работе в этих направлениях энергетический потенциал системы, заложенный в акустическом и радиоканалах, реализуется далеко не полностью.

Так как в методике двух зондирований излучение осуществляется в плоскости вектора скорости горизонтального ветра, то дальность при этом будет несколько выше, чем при четырех зондированиях [4].

Значительное влияние на дальность радиоакустического зондирования оказывают также следующие процессы: молекулярное поглощение энергии акустических волн во влажном воздухе; уменьшение интенсивности отраженного радиосигнала (в пятне) вследствие влияния турбулентности на акустический пакет.

В отличие от скорости ветра эти факторы определяют потенциальный «потолок» систем РАЗ и для заданного частотного диапазона влияние их на дальность зондирования уменьшить нельзя (заметим, что первое из этих ограничений может быть уменьшено соответствующим выбором частоты акустического сигнала). В реальных ветровых условиях сдвиг пятна превалирует над другими ограничивающими дальность факторами [4]. Следовательно, естественным способом совершенствования основной схемы РАЗ является использование приемной дискретной антенны достаточно больших размеров, позволяющей принимать отраженный радиосигнал при сносе акустического пакета ветром.

Это увеличивает дальность действия системы, а дискретный характер антенны позволяет отслеживать движение пятна отраженного сигнала в горизонтальной плоскости вблизи поверхности земли (в плоскости приемной антенны).

Осуществляя измерение координат центра пятна и доплеровского сдвига частоты отраженного радиосигнала, можно восстановить профили скорости и направления горизонтального ветра по одной звуковой посылке, а при дополнительном измерении доплеровской частоты отраженного акустического сигнала еще определять вертикальную составляющую скорости ветра и температуру атмосферы.

Излучение акустического волнового пакета в наклонном направлении позволяет также определять при соответствующей обработке сигнала «мгновенные» значения указанных метеовеличин вдоль выбранного направления зондирования.

Перейти на страницу: 1 2 3

Прочитайте еще и эти статьи:

Проектирование блока смены светофильтров фотокалориметра КФК 3 с микропрограммным управлением
Решающими факторами повышения производительности труда, сближения физического и умственного труда являются механизация и автоматизация производства. Под механизацией понимается применение машин и механизмов, заменяющих мускульный труд рабочего. ...

Схемотехника усилителей заряда
Методы регистрации скоростей и амплитуд механических воздействий постоянно совершенствуются. Важной частью любой измерительной системы являются датчики, выходные значения которых нужно преобразовывать в сигнал для дальнейшего анализа. Для этого ...

© Copyright 2020 | www.techattribute.ru