способ измерения ослабления радарного излучения облаками и осадками

Формула изобретения

1. Способ измерения ослабления радарного излучения облаками и осадками, включающий радиолокационное зондирование облака на заданной частоте излучения, прием отраженного сигнала от локальной исследуемой области и отображение его на экране радара с последующей некогерентной обработкой данного сигнала путем измерения его амплитуды (Z_R), расстояния (R), отсчитанного от запуска зондирующего импульса до положения на шкале расстояний максимума амплитуды, и определение по данным измерений максимальной безразмерной амплитуды отраженного сигнала (Z_max.i), отличающийся тем, что дополнительно осуществляют еще и когерентную обработку сигнала, с этой целью выделяют проекцию огибающей радарного эха от исследуемой области и воображаемой плоскостью, проходящей через максимум амплитуды радарного эха, делят ее на два интервала, после чего с экрана радара определяют протяженности проекций огибающих полуинтервалов ( R₁ и R₂) и определяют величину ослабления радарного излучения в децибелах по формуле

2. Способ измерения ослабления радарного излучения облачной средой и осадками по п.1, отличающийся тем, что при определении протяженностей проекций огибающих полуинтервалов, берется участок проекции огибающей эхо-сигнала, ограниченный спереди и сзади точкой пересечения огибающей с осью дальности, а по центру - положением максимума безразмерной амплитуды эхо-сигнала.

3. Способ измерения ослабления радарного излучения облачной средой и осадками по п.1, отличающийся тем, что в случае сложной формы радарного эха осуществляют его пространственную фильтрацию путем введения в приемный тракт ступени затухания в Z децибел, что уменьшает основание соответствующей функции, но при этом повышает ее степень.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано при изучении облачных сред и решении прикладных задач метеорологического и навигационного назначения на земле, на борту воздушного и морского судна.

Данное изобретение опирается на более тонкую, чем это было известно до сих пор, взаимосвязь параметров радарного эха с величиной ослабления радарного излучения, что обеспечивает простоту технического решения и большую по сравнению с известными способами точность.

Известны различные способы определения ослабления радарного излучения облачной средой и осадками как с использованием одно-, так и двухдиапазонного радара (Методика и аппаратура для измерения ослабления радиолокационного излучения в облаках и осадках //М.Т. Абшаев, Ю.А.Дадали, М.М.Шамис: Гидрометеоиздат, Труды ВГИ, 1972 г., с.115-127).

Наиболее близким но технической сущности к заявляемому способу является способ измерения ослабления радарного излучения облачной средой и осадками, включающий радиолокационное зондирование облака на двух длинах волн, прием эхосигналов от локальной исследуемой области и отображение их на экранах, с последующей некогерентной обработкой сигналов путем измерения безразмерных амплитуд (Z_R), расстояния (R), отсчитанного от момента излучения зондирующего импульса и до положения максимума амплитуды, и определение по данным измерений на каждой длине волны радиолокационной отражаемости (h), а затем определение величины поглощенной энергии в канале с меньшей длиной волны по эмпирическим расчетным формулам (Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5 и МРЛ-6 /М.Т.Абшаев, И.И.Бурцев, С.И.Ваксенбург, Г.Ф.Шевела. -Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с.138-139) (ПРОТОТИП).

Однако известный способ, основанный на различиях частотной зависимости рассеяния радиоволн облачными средами с гидрометеорами различного агрегатного (фазового) состояния, имеет массу недостатков.

Один из них заключается в том, что в известном способе требуется наличие радара, работающего на двух длинах волн, и возможна только амплитудная (энергетическая) регистрация сигналов, из-за чего существенно снижается точность результатов измерений ослабления радарного излучения, что сказывается на решениях практических задач, связанных с навигацией морских и воздушных судов, модификации погоды, а также с искусственным регулированием осадков.

Таким образом, в настоящее время корректного способа измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой и осадками при работе на одной длине волны не существует, а все известные способы измерений данного параметра базируются, как правило, на измерениях радиолокационной отражаемости (h), точность измерения которой составляет 100 и более процентов (Конторов Д.С., Конторов М.Д., Слока В.К. Радиоинформатика. - М.: Радио и связь, 1993 г., с.186).

С учетом изложенного выше техническим результатом от использования заявленного технического решения является одноволновый радиолокационный способ, обладающий повышенной точностью измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой и осадками.

Технический результат достигается тем, что в данном способе измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой и осадками, включающем радиолокационное зондирование облака на заданной длине волны, прием сигнала от локальной исследуемой области и отображение его на экране радара, последующая некогерентная обработка сигнала, направленная на определение максимальной безразмерной амплитуды сигнала (интенсивности в одном направлении) (Z_max.i ) в децибелах, ведется после измерения безразмерной амплитуды (Z_R), расстояния (R) до максимума амплитуды расчетным путем по формуле:

Технический результат достигается также и тем, что в данном способе измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой и осадками дополнительно осуществляют еще и когерентную обработку сигнала путем выделения проекции огибающей эхо-сигнала воображаемой плоскостью, проходящей через максимум амплитуды радарного эха (Z_R), и делением ее на два полуинтервала, при определении протяженностей проекций огибающих полуинтервалов берется участок проекции огибающей эхо-сигнала, ограниченный спереди и сзади точкой пересечения огибающей с осью дальности, а по центру - положением максимума безразмерной амплитуды эхо-сигнала,

полуинтервалы в данном способе измерения величины ослабления исследуемой облачной средой используются как носители информации об ослаблении на данной частоте излучения, данная информация проявляется в виде смещения пространственного положения воображаемой плоскости, проходящей через максимум амплитуды радарного эха (Z_R) в сторону радара, и, как следствие этого, смещение вызывает деформацию протяженностей полуинтервалов радарного эха (Руководство по применению радиолокаторов МРЛ-4, МРЛ-5 и МРЛ-6 / М.Т.Абшаев, И.И.Бурцев, С.И.Ваксенбург, Г.Ф.Шевела. - Л.: Гидрометеоиздат, 1980, с.69).

Предлагаемый способ измерения величины ослабления радарного излучения в исследуемых облачных средах на заданной частоте излучения позволяет не только существенно повысить точность искомого параметра, но и позволяет в случае сложной формы радарного эха осуществить его пространственную фильтрацию путем введения в приемный тракт ступени затухания в Z децибел, что уменьшает основание соответствующей функции, но при этом повышает ее степень, упростить процесс определения данного параметра.

Реализация данного способа

Способ измерения величины ослабления радарного излучения в исследуемых облачных средах на заданной частоте излучения реализуется следующим образом. Предварительно осуществляют радиолокационное зондирование облака на заданной частоте излучения и выделяют в нем исследуемую локальную область, осуществляют прием отраженного сигнала и отображение его в виде проекции огибающей радарного эха на ось расстояний R_i с последующей некогерентной обработкой данного сигнала путем измерения безразмерной максимальной амплитуды (Z _R), измерения расстояния до максимума амплитуды (R) и определение расчетным путем максимальной безразмерной амплитуды сигнала (интенсивности в одном направлении) (Z_max.i) в децибелах по формуле:

дополнительно осуществляют еще и когерентную обработку сигнала путем деления огибающей радарного эха воображаемой плоскостью, проходящей через максимум амплитуды радарного эха (Z_R) на две части, затем определяют с экрана радара протяженности проекций на ось расстояний ( R₁) и ( R₂) и определяют величину ослабления радарного излучения по формуле:

Пример конкретного выполнения способа

В качестве примера используются данные натурного эксперимента по радиолокационному зондированию облака на частоте излучения 9000 МГц, что соответствует длине волны излучения 3,2 см.

Для измерения величины ослабления радарного излучения облачной средой в исследуемой облачной среде был выделен локальный объем, создающий в точке приема эхосигнал со следующими параметрами:

- дальность до воображаемой плоскости, проходящей через максимум амплитуды R=36 км; интенсивность (в одном направлении) в максимуме амплитуды (Z_R)=28 db, протяженность общей проекции огибающей радарного эха на ось расстояний ( R_i)=6,2 км; протяженность полуинтервалов ( R₁)=2,8 км; ( R₂)=3,4 км;

- значение интенсивности эхосигнала от исследуемого локального объема в одном направлении определяют по формуле:

Z_max.i=(101gR+Z _R)=(15,56+28)=43,56 db;

- величину ослабления электромагнитной энергии, излучаемой радаром исследуемой облачной средой, определяют по формуле: