Методы дистанционного измерения мгновенной скорости и направления ветра лазерным локатором

• Автор: Иванов, Сергей Евгеньевич
• Шифр специальности: 05.11.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 141 с. : 16 ил.

ОГЛАЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ

В. 1. Постановка задачи

В.2. Цели и основные задачи работы

ГЛАВА 1. ВРЕМЕННЫЕ И ПРОСТРАНСТВЕННЫЕ

ХАРАКТЕРИСТИКИ АТМОСФЕРНОГО ВЕТРА И АЭРОЗОЛЬНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

1.1 Характеристики атмосферного ветра

1.2. Характеристики аэрозольных неоднородностей приземного слоя атмосферы

1.3. Выводы
ГЛАВА 2. АНАЛИЗ СУЩЕСТВУЮЩИХ МЕТОДОВ
ДИСТАНЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА
2.1. Доплеровские когерентные методы
2.1.1 Прямое гетеродинирование
2.1.2 Дифференциальная схема
2.1.3 Метод модулированного непрерывного излучения
2.2. Доплеровские некогерентпые методы
2.2.1. “Краевой” метод измерения доплеровского сдвига частоты
2.2.2. Использование спектрометров с высоким разрешением
2.3. Корреляционные методы измерения скорости и направления ветра
2.3.1. Временной корреляционный анализ
2.3.2. Пространственный корреляционный анализ
2.3.3. Метод подобия
2.3.4. Существующие методы оперативного измерения скорости
ветра с помощью корреляционного анализа
2.4. Выводы

ГЛАВА 3. МАТЕМАТИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ ЛАЗЕРНОГО
ИЗМЕРИТЕЛЯ МГНОВЕННОЙ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА
3.1. Математическое моделирование двумерных полей коэффициента объемного рассеивания
3.1.1 Метод канонического разложения в ряд Фурье
3.2.2 Метод формирующего фильтра
3.2.3 Сравнение методов математического моделирования двумерных полей
3.3. Моделирование сигналов от рассеивающих объемов
3.4. Учет флуктуаций прозрачности до рассеивающих объемов
3.5. Шум измерительной аппаратуры
3.6. Выводы
ГЛАВА 4. МЕТОДЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЛАЗЕРНОГО ИЗМЕРЕНИЯ
МГНОВЕННОЙ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА ЛАЗЕРНЫМ ЛОКАТОРОМ
4.1. Метод измерения мгновенной скорости и направления ветра с помощью временного корреляционного анализа
4.2. Метод приближенного измерения мгновенной скорости и направления ветра
4.3 Метод измерения мгновенной скорости и направления ветра с адаптацией размера измерительной базы
4.3.1 Известное направление ветра
4.3.2 Неизвестное направление ветра
4.4. Выводы
ГЛАВА 5. НАТУРНЫЕ ИЗМЕРЕНИЯ СКОРОСТИ ВЕТРА В
ПРИЗЕМНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ
5.1. Описание макета

5.2. Оборудование для макета
5.2.1 Лазер
5.2.2 Объектив приемного канала
5.2.3 Модуль ФЭУ
5.2.4 Интерференционный фильтр
5.2.5 Трансимпедансный усилитель
5.2.6 АЦП
5.2.7 Анеморумбометр
5.3 Расчет энергетического потенциала лазерного измерителя скорости
ветра
5.3.1 Расчет фоновой засветки приемника излучения
5.3.2 Расчет пороговой мощности лидарного сигнала
5.3.3 Расчет энергетического потенциала макета лазерного
измерителя скорости ветра
5.4. Натурные измерения
5.4.1 Алгоритм обработки регистрируемого сигнала
5.4.2 Измерение неоднородностей объемного коэффициента
обратного рассеяния
5.4.3 Определение параметров ветра с помощью метода
приближенного измерения величины мгновенной скорости и направления ветра
5.4.4 Измерение мгновенной скорости атмосферного ветра
5.5. Выводы
ВЫВОДЫ И ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Пример двумерной нормированной корреляционной функции аэрозольных полей атмосферы (полученной лидаром при сканировании атмосферы в горизонтальной плоскости) показан на рис. 2.16 [27].
Числа на рис.2.16, дают значения нормированной корреляционной функции, изолинии показывают сечение корреляционной функции, а треугольником отмечен ее максимум. Видно, что максимум
корреляционной функции хорошо выражен и превышает уровень 0,5.
Рис. 2.16. Двумерная нормированная корреляционная функция аэрозольных
полей атмосферы
Пространственные сдвиги и р' определяются при т=То из условия:
5щр,т0) ая(,р,т0)

Выполняя операцию дифференцирования, получим уравнение для и р', где находится максимум функции К(,р,т0):
А(4'-У,т0) + Н(л'-Уутв) = 0. (2.10)
Так как £, и р - независимые переменные, то условие (2.10) выполняется при: