RU2502083C1

RU2502083C1 - Method of calibrating and checking doppler wind profile radar

Info

Publication number: RU2502083C1
Application number: RU2012117950/07A
Authority: RU
Inventors: Александр Викторович Хомяков; Дмитрий Владимирович Ермилов; Виктор Михайлович Калмыков; Евгений Алексеевич Марков; Геннадий Викторович Панченко
Original assignee: Открытое акционерное общество Центральное конструкторское бюро аппаратостроения
Priority date: 2012-04-28
Filing date: 2012-04-28
Publication date: 2013-12-20
Also published as: RU2012117950A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: Doppler wind profile radar emits a signal with a defined frequency to a signal retransmitting device in which Doppler frequency shift of the received signal is performed; the signal with the adjusted frequency is then retransmitted to the Doppler wind profile radar and the speed and height calibration result is obtained by direct measurement. The Doppler wind profile radar and the signal retransmitting device are immovably mounted at different fixed distances from each other, and Doppler frequency of the retransmitted signal is changed in the signal retransmitting device based on a control signal in the interval between arbitrarily fixed positions of the Doppler wind profile radar.

EFFECT: solving the task of calibrating and checking a Doppler wind profile radar using modern devices.

2 dwg

Description

Предлагаемое изобретение относится к способам калибровки и поверки метеорологических приборов с использованием доплеровского радиолокатора для определения скорости и направления ветра, применяемых как для нужд народного хозяйства, так и для военных целей, например, в артиллерии.The present invention relates to methods for calibrating and calibrating meteorological instruments using a Doppler radar to determine wind speed and direction, used both for the needs of the national economy and for military purposes, for example, in artillery.

В настоящее время разработан комплекс для беззондового определения параметров атмосферы с использованием доплеровского радиолокатора, но способы калибровки и поверки таких комплексов отсутствуют.Currently, a complex has been developed for probeless determination of atmospheric parameters using a Doppler radar, but there are no methods for calibrating and checking such complexes.

Перед авторами стояла задача разработки способа калибровки и поверки доплеровского радиолокатора профилей ветра с получением результата прямым измерением.The authors were faced with the task of developing a method for calibrating and verifying the Doppler radar of wind profiles with the result of direct measurement.

Эта задача решена за счет того, что с доплеровского радиолокатора профилей ветра излучают сигнал определенной частоты на устройство переизлучения сигнала, в котором производят доплеровский сдвиг частоты принятого сигнала, затем переизлучают сигнал скорректированной частоты в доплеровский радиолокатор профилей ветра и получают результат калибровки по скорости и высоте прямым измерением, при этом доплеровский радиолокатор профилей ветра и устройство переизлучения сигнала устанавливают стационарно на различных фиксированных расстояниях друг от друга, а изменение доплеровской частоты переизлучаемого сигнала производят в устройстве переизлучения сигнала по сигналу управления в промежутке между условно фиксированными положениями доплеровского радиолокатора профилей ветра.This problem is solved due to the fact that a signal of a certain frequency is emitted from the Doppler radar of the wind profiles to a signal re-emission device in which the Doppler frequency shift of the received signal is produced, then the corrected frequency signal is re-emitted to the Doppler radar of the wind profiles and receive the calibration result by speed and height by direct measurement, while the Doppler radar profile of the wind and the device re-emission of the signal are stationary at various fixed distances niyah from each other, and the change in Doppler frequency reradiated signal to produce device control signal for reradiation signal between fixed positions conditionally of Doppler radar wind profiles.

Техническим результатом предлагаемого способа является решение задачи калибровки и поверки доплеровского радиолокатора профилей ветра с использованием современных устройств.The technical result of the proposed method is to solve the problem of calibration and verification of the Doppler radar profile of the wind using modern devices.

Заявляемый способ обладает совокупностью существенных признаков не известных из уровня техники для способов подобного назначения, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «новизна» для изобретения.The inventive method has a combination of essential features not known from the prior art for methods of this purpose, which allows us to conclude that the criterion of "novelty" for the invention.

Заявляемый способ, по мнению заявителя и авторов, соответствует критерию «изобретательский уровень», т.к. для специалистов он явным образом не следует из уровня техники, т.е. не известен из доступных источников научной, технической и патентной информации на дату подачи заявки.The inventive method, according to the applicant and the authors, meets the criterion of "inventive step", because for specialists, it does not explicitly follow from the prior art, i.e. not known from available sources of scientific, technical and patent information at the filing date.

Сущность изобретения поясняется с помощью чертежей, гдеThe invention is illustrated using the drawings, where

- на фиг.1 приведена блок-схема реализации способа;- figure 1 shows a block diagram of an implementation of the method;

- на фиг.2 - диаграмма проекции вектора скорости ветра.- figure 2 is a diagram of the projection of the wind speed vector.

При измерении параметров ветра доплеровским радиолокатором профилей ветра (ДРПВ), зондирующий СВЧ-сигнал направляется в пространство под определенным углом β к горизонту. При этом зондирование атмосферы в одном цикле измерения проводится на азимутальных углах α_N (например: 0°, 30°, 60°, 90°, 120°, 150°, 180°, 210°, 240°, 270°, 300°, 330°), на которых в момент зондирования ДРПВ останавливают (метод круговых диаграмм). Скорость ветра при каждой остановке вычисляется по формуле:When measuring wind parameters with a Doppler radar profile of the wind (DRPV), the probing microwave signal is directed into space at a certain angle β to the horizon. In this case, atmospheric sounding in one measurement cycle is carried out at azimuthal angles α _N (for example: 0 °, 30 °, 60 °, 90 °, 120 °, 150 °, 180 °, 210 °, 240 °, 270 °, 300 °, 330 °), which are stopped at the time of sounding of the ADF (pie chart method). The wind speed at each stop is calculated by the formula:

F_дN - доплеровская частота отраженного от метеообразований атмосферы СВЧ сигнала;F _dN - Doppler frequency of the microwave signal reflected from meteorological atmospheres;

λ - длина волны зондирующего СВЧ сигнала;λ is the wavelength of the probe microwave signal;

α_N - азимутальные углы, при которых производится зондирование атмосферы;α _N - azimuthal angles at which atmospheric sounding is performed;

α_в - угол направления скорости ветра относительно направления на север;α _in - the angle of the wind speed relative to the north direction;

β - угол места, под которым производится зондирование атмосферы (задан конструкцией для ДРПВ; cosβ=const).β is the elevation angle at which sounding of the atmosphere is carried out (given by the design for the ADF; cosβ = const).

Дискретность высот, на которых выдаются значения скорости ветра, определяется длительностью зондирующего импульса τ и равнаThe discreteness of the heights at which the wind speed values are given is determined by the duration of the probe pulse τ and is equal to

с - скорость света.c is the speed of light.

При калибровке и(или) поверке ДРПВ 1 устанавливают его так, чтобы направлять зондирующий СВЧ-сигнал параллельно земле на специальное устройство 2 переизлучения сигнала (УПС), располагаемое на фиксированном расстоянии L от ДРПВ. При этом УПС переизлучает падающий на него СВЧ-сигнал с доплеровским сдвигом частоты соответствующим СВЧ-сигналу при его отражении от метеообразований, движущихся с определенной скоростью. Принимая этот сигнал, ДРПВ выдает значение скорости ветра, которое соответствует доплеровскому сдвигу частоты, заданному в УПС на высоте (H=Lsin β), соответствующей заданному (фиксированному) расстоянию L.When calibrating and (or) checking the DRF 1, set it so as to direct the probing microwave signal parallel to the ground to a special signal reemission device 2 (OPS) located at a fixed distance L from the DRF. In this case, the UPS reradiates the incident microwave signal with a Doppler frequency shift corresponding to the microwave signal when it is reflected from meteorological events moving at a certain speed. Receiving this signal, the ADF generates a wind speed value that corresponds to the Doppler frequency shift specified in the UPS at a height (H = Lsin β) corresponding to a given (fixed) distance L.

При данном способе УПС выдает набор переизлучаемых частот с доплеровским сдвигом: ± F; ±0,707 F; ±0,5 F; 0, в соответствии с азимутальными углами 0°, 180°; 30°, 150°, 210°, 330°; 60°, 120°, 240°, 300°; 90°, 270°, на которых имитируют остановку ДРПВ при зондировании атмосферы (ДРПВ при этом не вращается).With this method, the UPS produces a set of re-emitted frequencies with a Doppler shift: ± F; ± 0.707 F; ± 0.5 F; 0, in accordance with the azimuthal angles 0 °, 180 °; 30 °, 150 °, 210 °, 330 °; 60 °, 120 °, 240 °, 300 °; 90 °, 270 °, which simulate the stop of the DRPV when sensing the atmosphere (the DRP does not rotate at the same time).

Так как при данном способе α_в=0 (зондирующий СВЧ сигнал направлен прямо на УПС), то формула (1) принимает вид:Since in this method _a α = 0 (probing microwave signal is directed directly at UPS), the formula (1) becomes:

Таким образом, задавая УПС различные F_дN и условно останавливая ДРПС на соответствующих углах α_N, проверяется точность измерения V_в, a размещая ДРПС и УПС на различных расстояниях друг от друга, проверяется точность измерения высоты, на которой измерялась скорость V_в.Thus, by setting various HIPS F _dN and conditionally halting DRPS at respective angles α _N, V is checked _in the measurement accuracy, a placing DRPS and HIPS at different distances from each other, verified by measuring the height accuracy at which the speed measured V _in.

Поскольку для измерения скорости и направления ветра методом «круговых диаграмм» достаточно 3-х доплеровских частот, получаемых с 3-х направлений, то для калибровки ДРПВ хватает четырех доплеровских частот, переизлучаемых УПС, а именно: ± F и ±0,5 F. С помощью этих доплеровских частот имитируют отраженный от неоднородностей атмосферы СВЧ-сигнал, приходящий с 6-ти направлений, а именно:Since 3 Doppler frequencies obtained from 3 directions are sufficient to measure wind speed and direction of the wind by the “pie chart” method, four Doppler frequencies re-emitted by OOPS are sufficient for calibrating the DRF, namely ± F and ± 0.5 F. Using these Doppler frequencies, they imitate the microwave signal reflected from inhomogeneities of the atmosphere, coming from 6 directions, namely:

- с направления 0° - +F;- from the direction 0 ° - + F;

- с направления 60° - +0,5 F;- from the direction of 60 ° - +0.5 F;

- с направления 120° - минус 0,5 F;- from the direction of 120 ° - minus 0.5 F;

- с направления 180° - минус F;- from the direction of 180 ° - minus F;

- с направления 240° - минус 0,5 F;- from the direction of 240 ° - minus 0.5 F;

- с направления 300° - +0,5 F, что следует из фиг.2.- from the direction of 300 ° - +0.5 F, which follows from figure 2.

Данный способ осуществляют по проверочной программе работы ДРПВ с синхронным управлением устройством переизлучения сигналов с работой ДРПВ.This method is carried out according to the test program of operation of the DRF with synchronous control of the device for re-emission of signals with the work of the DRF.

Наблюдая на экране блока управления и отображения информации (БУОИ - на схеме не показан), входящего в состав ДРПВ, за условным положением ДРПВ подают команду (визуально или по радиосвязи) на переключение доплеровской частоты устройством УПС в соответствующий момент времени - в промежутке между условно фиксированными положениями ДРПВ.Observing on the screen of the control and information display unit (БУОИ - not shown in the diagram), which is part of the DRPV, the conditional position of the DRPV is given a command (visually or by radio) to switch the Doppler frequency by the UPS device at the corresponding moment in time - between the conditionally fixed DRV provisions.

После окончания цикла измерения ДРПВ выдает значения:After the end of the measurement cycle, the DRP produces the values:

- скорости ветра, соответствующей частоте F;- wind speed corresponding to frequency F;

- высоты, на которой «измерялась» скорость ветра, Н=L sinβ;- the height at which the wind speed was "measured", H = L sinβ;

- направления скорости ветра в зависимости от заданной программой начального положения ДРПВ (направление скорости ветра не калибруется).- direction of wind speed depending on the initial position of the DRPV set by the program (the direction of wind speed is not calibrated).

На предприятии-заявителе разработана конструкторская документация, в которой реализован предлагаемый способ калибровки и поверки. Практическое использование предложенного способа не вызывает сомнений, т.к. нет необходимости в разработке сложных устройств для реализации, что позволяет сделать вывод о соответствии критерию «промышленная применимость» для изобретения.The applicant company has developed design documentation that implements the proposed method of calibration and verification. The practical use of the proposed method is not in doubt, because there is no need to develop complex devices for implementation, which allows us to conclude that the criterion of "industrial applicability" for the invention is met.

Claims

Способ калибровки и поверки доплеровского радиолокатора профилей ветра, характеризующийся тем, что с доплеровского радиолокатора профилей ветра излучают сигнал определенной частоты на устройство переизлучения сигнала, в котором производят доплеровский сдвиг частоты принятого сигнала, соответствующий сигналу при его отражении от метеообразования, затем переизлучают сигнал с произведенным доплеровским сдвигом частоты в доплеровский радиолокатор профилей ветра и получают результат калибровки по скорости ветра в соответствии с доплеровским сдвигом частоты, заданным в устройстве переизлучения сигнала, и по высоте, на которой измерялась скорость ветра в соответствии с формулой Н=L sinβ, где β - угол места, под которым производится зондирование атмосферы, L - фиксированное расстояние между устройством переизлучения сигнала и доплеровским радиолокатором профилей ветра, при этом доплеровский радиолокатор профилей ветра и устройство переизлучения сигнала устанавливают стационарно на различных фиксированных расстояниях друг от друга, а изменение доплеровской частоты переизлучаемого сигнала производят в устройстве переизлучения сигнала по сигналу управления в промежутке между условно фиксированными положениями доплеровского радиолокатора профилей ветра. A method for calibrating and verifying the Doppler radar profiles of the wind, characterized in that a Doppler radar profiles of the wind emit a signal of a certain frequency to the signal re-emitting device, which produce a Doppler frequency shift of the received signal corresponding to the signal when it is reflected from the weather, then re-emit the signal with the produced Doppler frequency shift to the Doppler radar profile of the wind and get the calibration result for wind speed in accordance with doppler the frequency shift specified in the signal re-emission device and the height at which the wind speed was measured in accordance with the formula Н = L sinβ, where β is the elevation angle under which sounding of the atmosphere is performed, L is the fixed distance between the signal re-emission device and Doppler a radar profile of the wind, while the Doppler radar profile of the wind and the device re-emission of the signal is stationary at various fixed distances from each other, and the change in the Doppler frequency per the emitted signal produced in the apparatus by the control signal reradiation signal between fixed positions conditionally of Doppler radar wind profiles.