РАЗДЕЛ 2
ПОВЫШЕНИЕ ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ НАДЕЖНОСТИ СИСТЕМЫ РАДИОАКУСТИЧЕСКОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ПРИ АНОМАЛЬНЫХ ТЕРМОДИНАМИЧЕСКИХ СОСТОЯНИЯХ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ
Формулируются исходные требования и определяются граничные значения параметров, определяющих тактико-технические характеристики систем РАЗ, при зондировании возмущенных воздушных масс АПС.
Исследуется влияние термодинамических возмущений поля температуры АПС на функциональную надежность (ФН) системы РАЗ.
Рассматривается и обосновывается новый подход к решению задачи повышения надежности функции измерения профилей температуры при воздействии на акустический зондирующий импульс спонтанных турбулентных возмущений поля температуры АПС.
Разрабатывается и исследуется метод практической реализации предложенного подхода, основанный на использовании дополнительной информации, содержащейся в эхосигналах акустического канала системы РАЗ.
Исследуется повышение ФН системы при использовании предложенного подхода.
Исследования проводятся методом численного анализа частотно-энергетических соотношений метода РАЗ, путем сравнительной оценки граничных значений параметров, определяющих тактико-технические характеристики системы, методом имитационного моделирования процессов влияния реальных турбулентных полей температуры АПС на эффективность процедуры суммирования парциальных эхо-сигналов системы РАЗ.
2.1 Выбор и обоснование тактико-технических характеристик системы РАЗ с учетом возникновения в АПС термодинамических возмущений
В современных системах РАЗ не используется дифференцированный подход к выбору параметров системы в зависимости от типа установившегося термодинамического состояния АПС. В связи с этим проанализируем зависимости тактико-технических характеристик системы от показателей, определяющих эффективность системы РАЗ при зондировании возмущенных воздушных масс.
Системы РАЗ обладают несколькими существенными особенностями, которые позволяют выделить эти системы в отдельный подкласс радиолокационных метеорологических систем.
Основная особенность состоит в использовании искусственной цели - акустического волнового пакета (АВП) для измерения температуры атмосферного воздуха. Характеристики цели являются основным фактором, определяющим требования к структуре и тактико-техническим характеристикам системы.
Акустический зондирующий импульс генерируется отдельным устройством, которое является вспомогательной и неотъемлемой частью системы. Виды сигналов, создающих акустическую цель, определяют эффективность систем такого типа в том числе и по критерию "цена-информативность". Наибольшее распространение получили акустические цели в виде синусоидальной волны акустического давления с периодом , определенную на интервале времени (число периодов равно ), излучаемые с периодом повторения
где - амплитуда волны акустического давления; , - число зондирований в сеансе наблюдений; - координата времени, - длительность зондирующего импульса.
Волна акустического давления создает периодическое возмущение диэлектрической проницаемости воздуха . На дальности от излучателя может быть реально создано акустическое давление с амплитудой . Возникающая при этом амплитуда дает относительно малый уровень мощности радио-эхо-сигнала , которая рассеивается в обратном направлении одним периодом волны . Относительно малая величина мощности радио-эхо-сигнала является одним из определяющих естественных условий функционирования системы РАЗ.
Вторым по порядку изложения, но никак не по значимости, естественным условием работы системы РАЗ является присутствие естественных помех. При измерениях вертикальных профилей температуры наибольшее влияние на информативность системы оказывают естественные помехи в виде спонтанных турбулентных возмущений температурного поля атмосферы. Возникновение естественных помех турбулентного происхождения (ПТП) приводит к искажению (отклонениям) огибающей амплитуды радио-эхосигнала относительно ее предельного вида, который наблюдается при полном отсутствии ПТП. Искажения огибающей амплитуды радио-эхосигнала приводят к расширению его спектра и, следовательно, к увеличению погрешности измерения частоты Доплера радио-эхосигнала. Присутствие ПТП существенно ограничивает (до 30%) объем информации о температуре атмосферного воздуха, извлекаемой в системах РАЗ.
Следовательно, при проектировании и эксплуатации систем РАЗ возникают две наиболее существенные задачи:
- Обеспечение достаточного энергетического потенциала системы для обнаружения и измерения параметров радио-эхосигналов;
- Минимизация погрешности измерений температуры атмосферы системами РАЗ при возникновении естественных помех турбулентного происхождения.
Решение этих задач лежит как в области выбора оптимальных тактико-технических параметров системы, так и в усовершенствовании существующих и разработке новых алгоритмов функционирования системы РАЗ.
В современных системах РАЗ ставится и решается только первая из указанных задач. Вторая задача в литературных источниках отдельно не рассматривается, а возникающие в процессе зондирования АПС промахи авторы работ предлагают отбраковывать, при этом формализованные правила отбраковки выходных данных все еще отсутствуют.
Для решении первой из указанных задач в известных системах используется метод суммирования мощностей парциальных радио-эхосигналов, рассеянных на каждом из периодов возмущения . В реальных системах примерно в 95% случаев акустические зондирующие импульсы содержат от 100 до 200 периодов. При таких параметрах зондирующих сигналов возрастает чувствительность системы к ПТП, так как суммарная мощность радио-эхосигнала достигает максимума при условии, что фазы суммируемых радио-эхосигналов отличаются на , где - целое положительное число. Возникновение ПТП приводит к тому, что фазы парциальных сигналов отличаются на величину , где - случайное изменение фазы. Наличие существенно ограничивает функциональные возможности системы, сокращая временную область опреде
- Київ+380960830922