Содержание к диссертации
ВВЕДЕНИЕ 5
1. ИЗУЧЕНИЕ ДИНАІЖМ НИЖНЕЙ ТЕРМОСФЕРЫ МЕТОДОМ РАДИОЛОКАЦИИ МЕТЕОРНЫХ СЛЕДОВ И ЖИЧЕСКАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА АТМОСФЕРНЫХ ДВИЖЕНИЙ 9
1.1. Физическая характеристика атмосферы Земли и атмосферных движений 9
1.2. Приливные колебания атмосферы в нижней термосфере 19
1.3. Нерегулярные движения атмосферы в нижней термосфере 26
1.4. Исследование динамики нижней термосферы методом радиолокации метеоров 39
І.4.І. Рассеивание радиоволн метеорными следами 39
1 4.2. Основные методы радионаблюдения и измерения скорости дрейфа метеорных следов 4-6
1.4.3. Методы измерения высоты отражающей области метеорного следа... 54
2. ПРОСТРАНСТВЕНЮ - ВРЕМЕННАЯ ОБРАБОТКА СИГНАЛОВ В МЕТЕОРНОЙ РЛС С УГЛОМЕРНОЙ СИСТЕЮЙ 65
2.1. Метеорная радиолокационная станция как пространственно-временной фильтр 6S
2.2. Выбор оптимальной функции неопределенности по угловым координатам для метеорной
РЛС Стр. 2.3. Сравнение качественных показателей оптимальной и фазовой многобазовой метеорной РЛС... 65
2.3.1. Точностные характеристики измерения угловых координат оптимальной и фазовой многобазовой метеорной РЛС... 85
2.3.2. Оценка достоверности измерения угловых координат в оптимальной и фазовой системах
3. КОМПЛЕКС РАДИОЛОКАЦИОННОЙ АППАРАТУРЫ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНКОЙ СТРУКТУРЫ ДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В НИЗШЕЙ ТЕРМОСФЕРЕ 100
3.1. Общая структурная схема автоматического угломера метеорной РЛС 100
3.2. Предварительная обработка сигналов в автоматическом угломере метеорной РЛС
3.2.1. Фазовый разбаланс каналов предварительной обработки сигналов и способы его устранения... 1°5
3.2.2. Методы калибровки каналов предварительной обработки АУ МРЛС И1
3.2.3. Система защиты от помех АУ МРЛС.
3.3. Первичная обработка сигналов в автоматическом угломере метеорной РЛС 115
3.3.1. Измерение разности фаз радиоимпульсных сигналов отраженных от метеорного следа 116
3.3.2. Оценка времени запаздывания сигналов, отраженных от метеорного еле 4
3.4. Вторичная обработка информации и математическое обеспечение АУ МРЛС 129
4. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО ИССЛЕДОВАНИЯ ТОНГОЙ СТРУКТУРЫ ПРИЛИВНЫХ КОЛЕБАНИЙ И ВНУТРЕННИХ ГРАВИТАЦИОННЫХ ВОЛН В НИЖНЕЙ ТЕРМОСФЕРЕ 158
4.1. Структура скорости ветра на различных высотах метеорной зоны.. 159
4.2. Результаты экспериментального исследования пространственно-временных и энергетических параметров внутренних гравитационных волн... 160
4.3. Особенности исследования динамики нижней термосферы при ориентации антенн МРЛС в противоположных направлениях 188
4.4. Методические вопросы измерения скорости ветра метеорными РЛС 200
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 213
Список использованных источников 217
ПРИЛОЖЕНИЕ
Введение к работе
ХХУІ съезд Коммунистической партии Советского Союза утвердил Основные направления экономического и социального развития СССР на І98І-І985 годы и на период до 1990 года, въ которых предусмотрено: " ... изучение строения, состава и эволюции Земли, биосферы, климата, Мирового океана, включая шельф, с целью рационального использования их ресурсов, совершенствование методов прогнозирования погоды ..." .
Дальнейшее совершенствование методов прогнозирования погоды возможно только на основе всестороннего исследования общей циркуляции атмосферы Земли, включая область нижней термосферы.
В настоящее время основным методом получения регулярных данных о динамических процессах в мезопаузе - нижней термосфере является метод радиолокации метеорных следов. Этот метод позволил составить современное представление о ветровом режиме на высотах 80-105 км, включающем в себя устойчивые преобладающие движения атмосферы, регулярные приливные колебания с периодом 12 и 24 ч и нерегулярные составляющие. Подавляющее большинство метеорных радиолокационных станций (МРЛС), входящих в метеорную сеть радионаблюдений в нашей стране, дают осредненную оценку параметров динамических процессов, получаемую по всей двадцатипятикилометровой высоте метеорной зоны. Однако потенциальные возможности радиомете орного метода гораздо шире и позволяют выявлять как тонкую структуру приливов, так и процессы малых пространственных и временных масштабов, играющие важную роль в энергетическом балансе нижней термосферы. Зто, в первую очередь,турбулентные движения и внутренние гравитационные волны (ВГВ) - собственные колебания атмосферы Земли с периодом от 5,5 мин до единиц часов. Если исследованию турбулентных движений уделялось большое внимание сразу же с развитием радиометеорных наблюдений, то интерес к БГБ проявился в последние 10-15 лет и в области нижней термосферы БГБ исследованы недостаточно полно• 0 необходимости тщательного изучения БГБ говорит тот факт, что приток тепла в нижнюю термосферу, обусловленный внутренними гравитационными волнами, сравним по величине с притоком тепла за счет поглощения солнечного излучения атмосферными газами. Кроме этого механизм связи между различными слоями атмосферы включает приливы и внутренние гравитационные волны, вертикальная структура которых может характеризовать состояние нижних слоев атмосферы, что необходимо для уточнения закономерностей общей циркуляции атмосферы.
Актуальность темы определяется необходимостью расширения возмонностей радиометеорного метода с целью получения параметров ветрового режима на различных высотах метеорной зоны, являющихся основой для построения моделей глобальной циркуляции в области мезопаузы - нижней термосферы и интерпретации результатов измерений, выполненных на МРЛС без определения высоты.
Решение указанного круга задач связано с разработкой и введением в практику радиометеорных исследований автоматических угломеров МРЛС (АУ МРЛС), представляющих собой сложные фазовые многоканальные радиотехнические системы. При анализе мелкомасштабных атмосферных процессов по результатам измерений МРЛС с угломерной системой на первый план выдвигаются вопросы повышения достоверности оценок угловых координат отражающей области метеорного следа, что требует оптимального выбора параметров систем пространственной обработки сигналов, решения задач фазометрических измерений радиоимпульсных сигналов и ряда методических вопросов и вторичной обработки информации в АУ МРЛС. Целью диссертационной работы является:
1. Теоретический анализ качественных показателей МРЛС с угломерной системой на основе оптимизации функции неопределенности по угловым координатам для целей создания автоматического угломера (АУ) МРЛС, предназначенного для исследования тонкой структуры динамических процессов в нижней термосфере.
2. Разработка АУ МРЛС и методов калибровки аппаратуры АУ, устраняющих фазовый разбаланс каналов предварительной обработки сигналов.
3. Экспериментальное исследование высотной структуры преобладающего ветра, атмосферных приливов, а также энергетических, временных и пространственных (включая вертикальные) параметров внутренних гравитационных волн в нижней термосфере (по измерениям радиальных скоростей дрейфа и координат отражающей области метеорных следов, выполненных на АУ МРЛС).
4. Анализ эффективности оценок средних параметров ветрового режима, получаемых обычными метеорными РЛС без системы определения угловых координат с соответствующими оценками скорости на различных высотах метеорной зоны (по экспериментальным данным угломерных измерений скорости дрейфа метеорных следов).
На защиту выносятся следующие основные положения диссертационной работы:
1. Выбор оптимальной функции неопределенности по угловым координатам для многобазовой антенной системы АУ МРЛС.
2. Анализ качественных показателей (погрешности и достоверности измерения угловых координат) АУ МРЛС.
3. Разработка и создание автоматического угломера МРЛС для исследования тонкой структуры динамических процессов в нижней термосфере. 4. Предварительная и первичная обработка сигналов в АУ МРЛС и оценка погрешностей измерения параметров сигналов устройствами первичной обработки сигналов.
5. Результаты экспериментального исследования высотной структуры преобладающего ветра, атмосферных приливов и параметров БГБ.
6. Анализ эффективности оценок основных параметров ветрового режима, получаемых МРЛС без "привязки" и с "привязкой" экспериментальных данных по высоте (по экспериментальным данным АУ МРЛС).
Основные результаты и положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических конференциях Харьковского института радиоэлектроники (октябрь 1974 г., октябрь 1976 г., апрель 1984 г.) на Всесоюзном симпозиуме "Проблемы радиометеорных исследований атмосферы" (Харьков, октябрь 1977 г.), на Всесоюзном симпозиуме "Взаимодействие космического вещества с атмосферой Земли" (Фрунзе, октябрь 1978 г.)» на республиканской научно-технической конференции "Фазометрия и ее применение" (Львов, март 1981 г.), на Четвертом Всесоюзном совещании по исследованию динамических процессов в верхней атмосфере (Обнинск, ноябрь 1982 г.), на Всесоюзном симпозиуме по результатам исследований средней атмосферы (Алма-Ата, февраль 1983 г.)«
