Модели и методы обработки сигналов ветровым профилометром с разнесенными антеннами

• Автор: Селиванов, Дмитрий Юрьевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Екатеринбург
• Количество страниц: 144 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1 ПОСТАНОВКА НАУЧНОЙ ЗАДАЧИ.

1.1 Ветер как важнейший метеорологический параметр тропосферы

1.2 Основы дистанционных бесконтактных методов.

1.3 Корреляционная функция рассеянных распределенными целями сигналов

1.3.1 Модель корреляционной функции без учета статистических свойств рассеянных сигналов.
1.3.2 Корреляционная функция отраженных сигналов как пуассоновских случайных процессов.

1.3.3 Корреляционная функция сигналов, рассеянных на нестационарных неоднородностях.

1.4 Методы оценки параметров ветра многоканальными системами классификация и сравнительный анализ
1.5 Постановка научной задачи
2 МОДЕЛИ СИГНАЛОВ И МЕТОДЫ ИХ АНАЛИЗА
2.1 Модель сигналов, принятых на разнесенные антенны.
2.2 Корреляционный подход к анализу сигналов.
2.3 Подход с применением структурных функций.
2.3.1 Мощность принятых сигналов.
2.3.2 Структурные функции принятых сигналов
2.4 Обсуждение двух подходов.
3 АЛГОРИТМЫ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ ВЕТРА В АПС.
3.1 Выражения для КФ при наличии шума
3.1.1 Нормирование КФ
3.1.2 Алгоритмы оценки параметров ветра и турбулентности по КФ
3.1.3 Порядок применения алгоритмов при корреляционном подходе
3.2 Выражения для СФ при наличии шума.
3.2.1 Алгоритмы для оценки параметров ветра и турбулентности СФ
3.3 Точность оценки скорости ветра.
3.3.1 СКО оценки скорости ветра при корреляционном подходе
3.3.2 СКО оценки скорости ветра при СФ
3.4 Выводы к третьей главе
4 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ОБЪЕМНОГО РАССЕЯНИЯ.
4.1 Описание модели рассеяния.
4.1.1 Амплитуда сигнала.
4.1.2 Рассеивающий объем
4.1.3 Количество и характер движения рассеивателей
4.2 Применение модели объемного рассеяния.
4.2.1 Параметры модели
4.2.2 Исследование влияния длины базы на методы оценки параметров ветра.
4.2.3 Исследование влияния ширины ДН на методы оценки параметров ветра
4.2.4 Исследование влияния длины реализаций сигналов на методы оценки параметров ветра.
4.2.5 Исследование влияния шума на методы оценки параметров ветра.
4.2.6 Исследование влияния турбулентности на методы оценки параметров ветра
4.3 Выводы к четвертой главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ


Это значит, что внутри общего потока отдельные струи, порции воздуха, движутся беспорядочно, то есть в каждой точке пространства быстро меняются как скорость, так и направление ветра. Такой характер движения ветра носит название порывистости ветра. Порывистость ветра увеличивается с его скоростью и тем больше, чем выше шероховатость поверхности. Вследствие нерегулярности полей турбулентных течений применяется их статистическое описание: эти поля трактуются как случайные функции от точек пространства и времени, и изучаются распределения вероятностей для значений этих функций. Наибольший практический интерес представляют простейшие характеристики этих распределений: средние значения и вторые моменты полей, в том числе дисперсии компонент скорости [, ]. Перечислим основные сферы человеческой деятельности, где возникает необходимость в измерении и контроле параметров ветра. Экологический мониторинг окружающей среды. К сожалению, в большинстве технологических процессов до сих пор присутствует газообмен с окружающей средой, то есть непосредственно выброс веществ в атмосферу. Форма дымовой струи и связанное с этим распределение концентраций примесей у поверхности земли зависят от метеорологических условий и, прежде всего, от скорости ветра и вертикальной стратификации температуры воздуха. Для высокого источника неблагоприятным являются сочетания приподнятой инверсии, начинающейся на высоте выброса и малой скорости ветра в АПС, а для наземного источника - сочетание приземной инверсии и приземного штиля. Составление метеопрогнозов. Согласно принятой классификации метеопрогнозы по заблаговременности делятся на: сверхкраткосрочные - от нескольких десятков минут до нескольких часов; краткосрочные до часов; среднесрочные 3- суток; долгосрочные - месяц, сезон []. Сверхкраткосрочные и краткосрочные прогнозы востребованы в основном авиацией. На безопасность воздушного транспорта метеорологический фактор оказывает большое влияние, до % летных происшествий связано с воздействием неблагоприятных метеоусловий []. Наиболее опасные фазы полета ЛА - взлет и посадка. Именно в эти моменты ЛА наиболее уязвим для турбулентности и сдвига ветра. Поэтому необходим постоянный контроль профиля скорости ветра в районе взлетно-посадочной полосы. Изучение климата. Климатообразующие процессы имеют геофизическую природу, поэтому климатология опирается на выводы геофизической науки - метеорологии. Особой ветвью физической климатологии является динамическая климатология, рассматривающая климаты и их распределение по Земле в зависимости от процессов общей циркуляции атмосферы. В связи с бурным ростом больших городов, быстрым изменением во многих районах условий природной среды, резко повысился интерес к изучению микроклимата и местного климата. Новые направления климатологии требуют усиления внимания к методикам проведения и обработки метеорологических наблюдений и качественному их изменению []. Для измерения скорости и направления ветра применяют различного вида анемометры, анемографы, анеморумбометры, анеморумбографы, флюгеры. Подробнее об их устройстве и принципе действия можно узнать, например, из [, ]. Все вышеперечисленные приборы измеряют метеопараметры in situ, то есть их показания являются осредненными в ограниченной области (порядка Юм) вокруг их местоположения. Для измерения высотных распределений (профилей) метеопараметров приборы устанавливаются на мачты высотой до 0 м; либо на шары-зонды [, , ], этот метод называется радиозондированием; либо на борт JIA-лабораторий [, 2]. Но в некоторых ситуациях эти решения не подходят. Например, в районе ВПП запрещено устанавливать мачты и запускать метеозонды, так как они угрожают безопасности воздушной навигации. ЛА сами по себе могут быть сильными источниками турбулентности и их постоянное присутствие в воздушном пространстве аэродрома нежелательно. Кроме того, шары зонды и ЛА-лаборатории, дают «мгновенный срез» значений метеопараметров и для постоянного контроля необходим повторный запуск зонда или пролет ЛА. Все эти методы довольно дороги. Поэтому существует повышенный интерес к бесконтактным дистанционным методам измерений метеорологических параметров.