Справочник по радиолокации. Книга 2 (1151799), страница 12
Текст из файла (страница 12)
Райд ~47~ пришел к заключению, что ослаблснис, вносимое градом, составляет лишь 1% от ослабления, вносимого дождем, и что облака, состоящие из кристаллов льда, не вносят ощутимого ослабления и демонстрируюг очень низкое ослабление даже при интенсивностях осадков, превышающих 5 дюймов/час. Однако рассеяние, вызванное ледяными сферами, покрыгыми пленкой воды в жидкой фазе, и имеющее другую диэлектрическую постоянную, оказывается иным, чем это следует из работ Райда, в которых рассматриваются сухие частицы 1551. Например, когда ледяная сферическая частица с радиусом 0,2 см при таянии покрывается пленкой воды толщиной в одну десятую радиуса. то рассеяние радиоволн с длиной волны 10 см такой сферы составляет примерно 90% от рассеяния водной каплей такого же размера. 19.3.
Соображены но проектированию 953~~,' деляемом выражением Г„„„= +ЧПИ~г, (19.20) Неоднозначность определения дальности и скорости. Метеорологические РЛС в качестве зондирующих сигналов используют последовательности радиоимпульсов для измерения отражательной способности метеообъектов и спектральных характеристик отраженных от них сигналов.
Поскольку частота повторения импульсов обычно определяет диапазон однозначного измерения доплеровского смещения частоты, то при постоянной частоте следования импульсов РЛС однозначное доплеровское смещение частоты (частота Найквиста) находится в диапазоне, опре- 954 Глава 19. Метеорологические РЯС рзлеевского рассеяния радиолокационного сигнала обратно пропорциональна Х4, тогда как помехи, вызванные отражением от поверхности Земли, имеют лишь слабую зависимость от длины волны. Если предположить, что сигнал помех, вызванных отражением от поверхности Земли, не зависит от длины волны, а ширина диаграммы направленности антенны фиксированна, то можно показать, что отношение мощности сигнала, отраженного от метеообъекта, к мощности сигнала помех обратно пропорционально Ы Метеорологические РЛС обычно используют технологию цифровой обработки сигналов, позволяющую использовать фильтры помех, которые подавляют пракгически до нуля отраженные сигналы от Земли и расположенных на ней предметов за л~~р л лд гтртга гвалт~, лггъ~ъ~ъ~ тай, т~у ррта 1 ° дз 1угл Г ~01 ~Дт тх Ап пт чаю т а а~ъг~~т И.З.
Соображения по проектированию 9Б5)ф ~~~l' вности выпадения осадков в основном используют часготныи диапазон Х ( 10 ГГц), что обусловлено ограничениями, накладываемыми на массо-габаритные характеристики радиолокатора и его антеннои систе— мы, а также минимизацией потерь при распространении радиоволн в атмосфере.
Бортовые и наземные РЛС обнаружения облачности и космические РЛС используют миллиметровые длины волн, соответствующие диапазонам К„~-15 ГГц), К., ~-35 ГГЦ) и Ж ~-94 ГГц). Для РЛС большой дальности действия обычно используют антенны с шириной диаграммы направленности <1'. Общепринято, хотя это и несколько условно, Глава 19. Метеорологические РЛС фективная площадь отражения атмосферных целей ~согласно уравнениям ~19.9) и ~19.12)) и, следовательно, повышается отношение мощности принимаемого сигнала к мощности шума, которое оказывается пропорционально т-: Р„7 7 Р„А Тв 1Т Таким образом, при данных условиях увеличение длительности импульса приведет к повышению отношения сигнал/шум и дальности действия РЛС.
Важно отметить, что квадратичная зависимость отношения сигнал/шум от -., возникающая 1 19.3. Соображения по ироектированию больше в диапазоне К,. Данная РЛС является типичной для используемых в настоящее время технологий в научном сообществе.
Поляриметрические РЛС. Метеорологические РЛС, использующие двойную поляризацию, излучают и принимают сигналы с горизонтальной и вертикальной поляризацией для оценки дополнительных характеристик метеорологических целей ~13, 14, 241. Методика излучения сигналов на двух взаимно ортогональных поляризациях одновременно или по отдельности, в заранее установленной последовательности с использованием сдвоенных параллельных цифровых приемников ~по одному на поляризационный канал) дает возможность проводить оценку раз- Глава Ы Метеорологические РЛС радиолокации, и получение точной оценки принимаемой мощности по измерениям радиолокационной системы.
Эта процедура также включает в себя такие операции, как выяснение пространственного положения рассеивающего объема в трехмерной системе координат путем определения углового направления главного луча антенны и точного определения дальности до объекта. Для этих целей могут быть использованы металлические шары, уголковые отражатели и прочие мишени с известной эффективной площадью ~26, 73~.
Эффективной является методика калибровки по солнцу», когда положение солнца используют для оценки углов установки антенны, а поток солнечного излучения— для определения коэффициента усиления антенны ~74, 75~. Наряду с прочими .Л 1 Глава 19. Метеорологические РЯС В самом общем случае преобразование сигнала по фазе на 90' используется для получения действительной и мнимой части комплексного сигнала.
Квадратурные составляющие сигнала обычно оцифровываются в каждом канале по дальности, число которых обычно велико (=1000) на частоте повторения импульсов РЛС. Затем результирующие сложные временные выборки в каждом канале могут быть обработаны с помощью быстрого преобразования Фурье (БПФ) для получения оценки спектра доплеровских флуктуаций частот ~83~, по которой затем можно оценить мощность отраженного сигнала, среднюю скорость и ширину спектра. Эффективная методика оценки описанных выше компонент была первоначально описана Раммлером ~841 и повторно представлена Довиаком и Зрничем 19.4. Обработка сигналов схем, обрабатывающих цифровые сигналы, и рост быстродействия компьютеров дают возможность радиометеорологам внедрять различные методы спектральной обработки, которые значительно улучшают качество получаемых данных по сравнению с алгоритмом обработки простой пары выборок.
Кроме того, на сегодня стали реально осуществимы устройства и методы обработки, которые позволяют РЛС адаптироваться к изменчивой реально существующей окружающей обстановке. Гибкое программирование устройств обработки цифровых сигналов позволяет адаптировать характеристики устройств обработки к решаемым прикладным задачам в реально складывающихся условиях, в том числе при изменении углового поттл лгс ыухст г~тязэтллггъ тт~л1~ и н л, ~я лт кътттт~~г~ъ зповюс*ттг~ тъ~ Глава 19. Метеорологические РЯС При умножении числителя и знаменателя на о,.
уравнение (19.44) приобретает вид М, чаг~ю) = 8 Йс~ Тс) 4 ,'гт~-Т~о (19.45) ! ') Таким образом, видно, что дисперсия оценки средней скорости 0 прямо пропорциональна дисперсии спектра доплеровских частот и обратно пропорциональна числу суммируемых выборок ~у То. Заметим также, что ~аг(~) пропорциональна Х, откуда следует, что для одного и того же времени обработки То и одной и той же величины о., дисперсия оценки может быть уменьшена за счет уменьшения длины волны, что увеличивает число накапливаемых выборок. 19.4. Обработка сигналов влияние ошибок интерпретации, обусловленных широким динамическим диапазоном сигналов, отраженных от распределенных метеорологических целей ~94, 95~. Использование специальных фильтров подавления боковых лепестков / сжатия в блоке обработки данных приемного устройства позволяет формировать сигналы с требуемыми амплитудой, частотой и фазой и дает возможность подавлять боковые лепестки ФН по дальности, превышающей 50 дБ, в пределах значительного интервала доплеровских смещений частот, соответствующих десяткам метров в секунду ~961.
Данные фильтры сжатия не согласованы с зондирующим сигналом; поэтому отношение сигнал/шум на их выходе несколько уменьшается и может произоити 966 Пава 19, Метеорологические РЛС Г представления в виде взвешенной суммы синусоид, используемой в методе Фурье ~105~.
Множественные сигналы и мешающие отражения от земной поверхности или наземных предметов могут быть выделены таким же способом, как и при использовании метода оценивания, основанного на преобразовании Фурье. Эти АР-спектры, полученные при короткой временной экспозиции, могут затем использоваться для оценивания спектральных моментов сигналов, отраженных от метеообъектов, подобно тому, как это делается при использовании методов Фурье, и получать параметры ~87~ метеообьектов, представляющих интерес. Оснащение процессорами. Современные метеорологические РЛС используют цифровые методы обработки сигналов при использовании программируемых про- Глава 19. Метеорологические РЛС дождь в атмосферном слое (слоистый) 11101 У вЂ” — 200 Ф бо, (19.50) орографический дождь 1111~ У. —.-= 31 Ф 7', (.1 9.,5 1,) при р > -1 и ЛВр = З,б7 + р.
Параметр р управляет Формой распределения, и когда р =- О„у-распределение переходит в экспоненциальное. Ясно, что РЛС, работающие с одной длиной волны и поляризацией, могут измерять только один параметр 7 и должны предполагать рэлеевское рассеяние. Поскольку интенсивность осадков зависит от двух параметров Ж„, и Л, неудивительно, что уравнение (19.47) не является универсальным. Несмотря на это, Баттан 120~ приводит четыре выражения как «вполне типичные для следующих типов дождя: 19.5.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
