Акустический локатор

Акустический локатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

Институт оптики атмосферы Томского 5ияцала ..

Сибирского отделения АН СССР (7I) Заявитель (54) АКУСТИЧЕСКИЙ ЛОКАТОР

1О

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано для дистанционного измерения профилей температуры, скорости и направления ветра в атмосфере.

Известны акустические локаторы для определения скорости ветра в атмосфере, основанные на измерении доплеровского сдвига частоты сигнала, рассеянного на движущихся под действием ветра неоднородностях атмосферы, относительно частоты излучаемого сигнала и состоящие из антенны, задающего генератора, усилителя мощности, синхронизатора, переключателя "прием-передача" входного анI тенного усилителя, полосового фильтра, спектроанализатора и ЭВМ $1 ).

Принимаемый сигнал подвергается спектральному анализу: s начале определяется его энергетический спектр (спектр мощности), а затем - средняя частота f p как средневзвешенная

Ino энергетическому спектру, и далее: находится скорость радиального ветра V по известной формуле Доплера: с(г - г,> <,>

2Ео

5 где f — частота излучаемого сигнала;

С вЂ” средняя скорость звука в рассеивающем объеме.

При этом С полагают равной скорости звука на уровне земли, которую всегда можно определить, зная температуру на уровне земли,по формуле:

С = 20,05 Т, (,2) где Т - абсолютная температура, в К.

Допускаемой погрешностью при замене в выражении 1,1 ) значения скорости звука в рассеивающем объеме на ее го значение на уровне земли обычно пренебрегают.

Наиболее близким по технической сущности является акустический лока40

3 9913 тор, содержащий последовательно соединенные задающий генератор, усилитель мощности, передающую антенну и три приемных канала, каждый иэ которых выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя и последовательно соединенных приемной антенны, входного антенного усилителя и полосового фильтра, а также синхронизатор, соединенный с задающим генера- 10 тором и аналого-цифровыми преобразователями, и счетно"решающую схему.

При этом передающая антенна ориентирована вертИкально вверх, а три приемные антенны расположены на окружности некоторого радиуса с центром в месте расположения передатчика и разнесены на угол 120 относитеЛьно о друг друга. Оси направленности всех трех, приемных антенн наклонены к горизонтали под определенным углом, которым задается высота центра рассеивающего объема, и ориентированы на осевую линию передающей антенны. Излученный передатчиком акустический

Сигнал рассеивается атмосферой, по,"тупает на вход приемников и после спектрального анализа определяются доплеровские Сдвиги частоты в каждом приемном канале, и далее по определеннюл формулам оценивается полный вектор скорости ветра $2), Недостатком акустического локатора является невозможность измерения температурного профиля атмосферы, 35 так как эффект. влияния изменений по высоте температуры .на допплеровский" сдвиг (1) мал no сравнейию с влиянием изменений скорости ветра.

Цель изобретения - расширение функциональных, возможностей акустического локатора, а именно измерение наряду с направлением и скоростью ветра температурного профиля атмосферы.

3$

Для достижения указанной цели акус" тический локатор, содержащий последовательно соединенные задающий гене" ратор, усилитель мощности, передающую антенну и три приемных канала, каждый из которых выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя и последовательно соединенных приемной антенны, входного антенного усилителя и .полосового фильтра, а также синхро- N ниэатор, соединенный с задающим генератором и аналого-цифровыми преобразователями, и счетно-решающую схему,:

<5 ф он снабжен квадратичным детектором, фильтром низкой частоты, умножителем, двумя сумматорами и делителем, введенными в каждый канал, причем квадратичный детектор и фильтр низкой частоты соединены последовательно, вход квадратичного детектора сое динен с выходом полосового фильтра, выход фильтра низкой частоты - с входом аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенwe умнсркитель и первый сумматор соединены параллельно с вторым сум матором, их вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя, а выход - с входом делителя, выходы которых соединены с входом счетнорешающей схемы, два-входа- введенного счетчика соединены с двумя выходами синхронизатора, а его выходс умножителями .

На фиг. 1 приведена структурная схема акустического локатора; на фиг. 2 - геометрия зондирования, где

И - передатчик, П - j-ый приемник, у 1,2«3

Акустический локатор содержит последовательно соединенные задающий генератор 1, усилитель 2 мощности, передающую антенну 3, три приемных канала, каждый из которых содержит посЛедовательно соединенные приемную антенну 4, входной антенный усилитель 5, полосовой фильтр 6, квадратичный детектор 7, фильтр 8 низкой частоты и аналого-цифровой преоб раэователь 9, второй сумматор 10, соединенный параллельно с последовательно соединенными умножителем 11 и первым сумматором 12, причем их вход соединен с выходом аналого-цифрового преобразователя 9, а выход - с входом делителя 13, выходы которых соединены с входом счетно-решающей схемы 14, Устройство содержит также синхронизатор 15, соединенный с задающим генератором 1 и аналого-цифровыми преобразователями 9, и счетчик 16, два входа которого соединены с двумя выходами синхронизатора 15, а его выход - с умножителями 11.

Работа предлагаемого устройства осуществляется следующим образом.

Задающий генератор 1 формирует последовательность импульсных электрических колебаний выбранной частоты и задаваемой синхронизатором

15 длительности и. периода посылки, которые усиливаются усилителем 2 мощ5 9913й ности, преобразуются передающей антенной 3 в акустические и посылаются в атмосферу. Рассеянный на атмосферных неоднородностях в объеме выбранной высоты акустический сигнал поступает к приемным, антеннам 4 и преобразуется в электрический сигнал, усиливается входным и антенными усилителями 5, фильтруется полосовыми

Фильтрами 6 по несущей частоте на 10 фоне шумовых помех, подвергается нелинейному преобразованию в квадраичных детекторах 7 и после прохЗжхде ния Фильтров 8 низкой частоты выде ленная огибающая сигнала в аналогоцифровых преобразователях 9 дискретизируется во времени с помощью импульсов запуска аналого-цифровых преобразователей 9 с синхронизатора 15 . и квантуется по амплитуде. Закодиро- 20 ванные отсчеты сигнала Х (К)поступают в два параллельных канала: в одном из них они суммируются во втором сумматоре 10, а в другом перемножаются в умножителе 11 с их номером К, 25 поступающим со счетчика 16, который считает импульсы запуска аналого-цифровых преобразователей 9 в пределах каждого периода посылки Тв, и полученные произведения К Х(К)суммируют- 30 ся в первом сумматоре 12. После это- . го результат второго канала делится яа результат первого канала в делителе 13 и на его выходе будет средне,взвешенное значение R л и М

К= вакх(х)(е х (х), 35 где И=Т /gt; at =1(2M gg) - интеРвал дискретизации; М „3„- максимально возможная ширина спектра огибающей сигнала.

Числа К с выхода делителей 13 каж- 5 дого из трех приемных каналов посту, пают на счетно-решающую схему 14, где находится время прихода рассеянного на высоте Н- сигнала в j приемник с момента посйлки передатчико» зонди- 50 рующего импульса t. жК.- g t,è опреФ 3 деляется в произвольном i слое атмосферы средняя температура Т. и ортогональные составляющие скорости ветра Н в горизонтальной плоскос- 55 ти Vyq и V „ по Формулам (Фиг.2).

Т, = ((Н;-Н;,) (И,O5t.„,,)3. .(4)

Н„;,)„=(Й1-Й„,) q,y Щт (5) где т (1 " Г ; .„;0 йкЧ,) е,. „

4 т Ъ 1 1 2,1 3,1 ) с йф

" М tt1-CIA Ф

<<3) = йэ,,+ 3;-21„,.)4

1 = — (; .) (6) В случае использования геометрии зондирования, отличающейся от пока- занной на фиг. 2, соотношения (6P изменяются. Условием возможности измерения всех искомых параметров- (Т Ну

Н ) является требование ° чтобы три приемных канала были расположены не на одной прямой. Работа основана на возможности определения скорости звука, определяемой абсолютной тем" пературой Т и проекцией скорости ветра Н вдоль направления распространения звуковой волны известной зависимостью

С = 20,051Т+ Н (7) по измерениям времени прохождения звукового сигнала по известной трассе.

Учитывая, что Т-скаляр, а 7 -вектор, можно разделить их вклады в вы ражении (7) используемой геометрией зондирования.

Предлагаемый акустический локатор позволяет наряду с измерением направления и скорости ветра определять также температурный профиль атмосферы. формула изобретения

Акустический лакатор,содержащий последовательно соединенные задающий генератор,. усилитель мощности, передайщую антенну и три приемных канала, каждый из которых выполнен в виде аналого-цифрового преобразователя и последовательно сеединенных приемной антенны; входного антенного усилителя и полосового фильтра, а также синхронизатор, соединенный с за-. дающим генератором и аналого-цифровыми преобразователями, и счетно-ре- шающую схему, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, ой снабжен квадратичным детектором, фильтром низкой частоты, умножителем, двумя сумматорами и делителем, вве)денными в каждый канал, причем квад991345 ратичный детектор и фильтр низкой частоты соединены последовательно, вход квадратичного детектора соединен с выходом полосового фильтра, выход фильтра низкой частоты - с входом аналого-цифрового преобразователя, последовательно соединенные умножитель и первый сумматор соединены параллельно с вторым сумматором, их вход соединен с выходом аналого-циф- 0 рового преобразователя, а выход - с входом делителя, выходы которых соединены с входом счетно-рееающей cxel мы, два входа введенного счетчика соединены с двумя выходами синхрони-, затора, а его выход - с умножителями.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Вегап D. W. Wi (orth В. С.

Carsey I.Ñ, НаИ I. 1. An Acoustic

Dopp fe r I1earur ing Systems. - Journa f

of the Acoustiñà Е Cociety of America

1974, vol.55, р.334-338.

2. Патент C4lA Н 3889533, кл. 73-189, 17.06.75 (прототип).

Составитель В. Агапова

Редактор А. Козориз Техред.М, Тепер Корректор C. Щекмар

Заказ 125/63 Тираж 708 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Е-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ужгород, ул. Проектная,