МІНІСТЕРСТВО ОСВІТИ І НАУКИ УКРАЇНИ
ХНУРЕ
ПОЯСНЮВАЛЬНА ЗАПИСКА
На тему «РЛС системи радіоакустичного зондування »
Виконала Перевірила
студентка гр..РТ-13-2 Календовська М.М
Івченко Д.В
Харків 2016
ЗМІСТ Вступ
1 АКУСТИЧНЕ І РАДІОАКУСТИЧНЕ ЗОНДУВАННЯ АТМОСФЕРИ. ФІЗИЧНІ ОСНОВИ 3
1.1 Акустичне зондування 5
1.2 Радіоакустичне зондування атмосфери 5
1.3 Системи радіоакустичного зондування атмосфери і методи обробки сигналів в системах РАЗ атмосфери 8
2 ВИБІР І РОЗРАХУНОК ОСНОВНИХ ТЕХНІЧНИХ ПАРАМЕТРІВ 12
2.1 Розрахунок параметрів РЛС 12
2.3 Вибір і обґрунтування робочої довжини хвилі 12
2.4 Розрахунок чутливості РПУ РЛС 14
2.5 Розрахунок діаграми спрямованості 15
2.6 Розрахунок ефективної площини антени приймача та 15
2.7 Розрахунок потужності передавача 16
2.8. Розрахунок частоти повторення імпульсів 17
2.9 Розрахунок тривалості імпульсів передавача та 18
визначення «мертвої зони». 18
2.10 Розрахунок довжина хвили акустичного випромінювача 18
при заданій частоті звукових посилок. 18
1 Акустичне і радіоакустичне зондування атмосфери. Фізичні основи
Відомо, що швидкість поширення звуку в атмосфері З є функцією температури Т:
С=а/Т+ VL ( 1.1.)
Де а-коефіцієнт, який залежить від складу газу , для сухого повітря рівний 20м/с; VL – проекція швидкості руху середовища напрямку поширення звуку.
Формула (1.1) встановлює, таким чином зв'язок між швидкістю поширення звуку і температурою повітря . Нескладні розрахунки показують, що при зміні температури на 1С швидкість поширення звуку змінюється на 0.6 м/с. Таку чутливість слід вважати високою і з цієї причини температура повітря обчислюється за вимірюваної швидкості поширення акустичного сигналу на основі формули 1.1. Другий доданок цієї формули може бути використаний для обчислення складових вітру.
Для того, щоб отримати в основному якісне уявлення про будову атмосфери, а на початку нинішнього століття проводилися спеціальні вибухи, при яких реєструвалося час приходу відповідного луни від відображають шарів атмосфери до місця вибуху, а також розташування зон чутності і звукової тіні на поверхні Землі , наявність яких теж обумовлено особливостями будови атмосфери.
Однак крім залежності швидкості поширення звуку від температури існують ще кілька ефектів, пов'язаних з його поширенням. Наприклад:
Ефект Доплера, обумовлений складанням швидкостей повітряного потоку і акустичного сигналу;
Залежність коефіцієнта ослаблення акустичного сигналу від вологості повітря;
Залежність швидкості розсіювання поперечного перерізу звукового сигналу від інтенсивності флуктуацій вітру і температури;
Дифракція електромагнітного або оптичного випромінювання на діелектричних неоднорідностях атмосфери, зумовленими присутствиям акустичного сигналу.
Показник ослаблення r(а), тобто поглинання і розсіювання, може бути представлений як сума послаблень обумовлених молекулярної в'язкості повітря , молекулярним теплообміном і турбулентним розсіюванням. Поглинання залежить від частоти випромінювання і приблизно пропорційно квадрату її. Крім того, воно залежить ще й від вологості. Залежність поглинання від вологості повітря не лінійна, вона може бути використана для вимірювання вмісту вологи в атмосфері. Для цього необхідно здійснити зондування на двох або більше частот у смузі і поза смуги поглинання водяної пари або використовувати передавач випромінювання з плавно перебудовується частотою . Зондування на частоті поза смуги поглинання вологості дає можливість отримувати відомості про ослаблення звуку в атмосфері усіма факторами крім вологості , а при зондуванні на часто поглинання – ослаблення, обумовлене усіма факторами без винятку. При використанні випромінювача з плавно перебудовується частотою вимірювання будуть більш точними.
Турбулентне розсіяння за величиною значно перевищує молекулярне ослаблення і тільки в шарах інверсії воно може бути одного порядку з молекулярною ослабленням. Турбулентне розсіяння представляє суму двох незалежних складових : температурних пульсацій і пульсацій обумовлених швидкістю вітру. Для оцінки величини зворотного розсіяння за аналогією з радіолокацією введено поняття ефективно площі розсіювання одиничного об'єму –ЕПР. Величина ЕПР η для довжини хвилі λ визначається формулою Моина–Обухова:
(1.2)
(1.3)
Де φ – кут між напрямками випромінювання і прийому;
C(V), C(T) - розсіяння, обумовлене вітровою та температурною пульсаціями, відповідно вони визначатися як:
(1.4)
(1.5)
Де V(x) , T(x) - миттєве значення швидкості вітру і температури в точці х, а V(х+∆х), T(х+∆х) – в точці (х+∆х)
З виразу (1.2) випливає, що розсіювання під впливом вітрових і температурних пульсації відбувається незалежно. Крім того, у зворотному напрямку турбулентне розсіяння обумовлено виключно пульсаціями температури.
Потужність сигналу в точці прийому Р буде обумовлена не тільки величиною ЕПР розсіюється об'єму, але і його ослабленням на відстані R до приймальної антени.
Де Р –потужність випромінювання, Са - постійна содара, η - акустична відображеність об'єму, р - потужність приходить відбитого сигналу.
Вираз (1.6) враховує турбулентність розсіювання в області взаємодії зондувального імпульсу з метеорологічним об'ємом (через η) і геометричну конусність розсіяного випромінювання на зворотному шляху (через 1/R2). Вторинне розсіяння і поглинання на цьому шляху повинні враховуватися додатково.
Розсіювання збільшується, якщо розсіює об'єм заповнений димом, мрякою або хмарністю і цей ефект використовується для їх виявлення.