Analiza porównawcza rozwiązań współczesnych radarów

Analiza porównawcza rozwiązań współczesnych radarów

ANALIZA PORÓWNAWCZA
ROZWIĄZAŃ
WSPÓŁCZESNYCH RADARÓW
METEOROLOGICZNYCH
Wybrane fragmenty referatu wygłoszonego na obronie
pracy dyplomowej
na ww. temat w czerwcu 2005
Dyplomant - ppor. Marcin Dochniak
Treść zadania:
1. Sformułowanie problemu pracy.
2. Określenie zadań radarów meteorologicznych i ich
roli w systemie opracowywania prognoz.
3. Klasyfikacja i charakterystyka współczesnych
radarów meteorologicznych.
4. Porównanie rozwiązań współczesnych radarów
meteorologicznych.
5. Wnioski.
2
Zadania radaru meteorologicznego w
systemie obserwacji środowiska
¾ Teledetekcyjna, ciągła obserwacja stanu
atmosfery w zadanym obszarze
• Wykrywanie zjawisk pogodowych
• Śledzenie rozwoju zjawisk pogodowych
¾ Generowanie ostrzeżeń o zagrożeniach
i niebezpiecznych zjawiskach
zachodzących w atmosferze
¾ Uzupełnianie informacji pochodzących
z innych źródeł
3
Klasyfikacja radarów
meteorologicznych (1)
• Klasyczne
– konwencjonalne
– dopplerowskie
4
Klasyfikacja radarów
meteorologicznych (2)
• Do pionowego sondażu atmosfery
(„wind profiling”)
– małego zasięgu
– troposferyczne
5
Klasyczne radary meteorologiczne
Nadajnik
Odbiornik
Przetwarzanie
6
Odbiciowość (1)
ZZ==
∑D
i , jedn .obj .
6
i
D - średnica kropel występujących w jednostce
objętości ograniczonej przez komórkę
rozróżnialności radaru
Zależność empiryczna
b
Z = aR
R - intensywność opadu [mm/h]
a i b - stałe zależne od rodzaju opadu
7
Odbiciowość (2)
Zależność Marshala-Palmera
dla opadów deszczu
Z = 200R
1,6
dla opadów śniegu
Z = 2000R
2
R - intensywność opadu mierzona w milimetrach
słupa wody na godzinę
8
Odbiciowość - obliczenia
Nazwisko badacza
Współczynnik
a
b
Blanchard
16,6
1,55
Hood
295
1,612
Higgs
127
2,87
Litvinow
150
1,54
350
1,42
162
1,16
Foote
520
1,82
Imai
700
1,6
Sivaramakrishnam
67,6
1,94
Diem
240
1,3
Atlas i Chmela
R= 0÷200 [mm/h] z krokiem 0,07 ≡ 2859 punktów pomiarowych
Z [dB] = 10·log(aRb)
9
Rodzina funkcji Z=f(R)
10
Równanie zasięgu dla obiektów
przestrzennych
2
P G 2L Θ 2 t c π3 K Z C Z
r b i
P = t
=
r
2
2
1024(ln2) λ r
r2
Z = 200R
1,6
;
2
P G 2L Θ2 t c π3 K
r b i
C= t
1024(ln2) λ 2
P
r – średnia moc odebrana przez radar [W]
Pt – moc transmitowana przez radar [W]
G – zysk antenowy
Lr – współczynnik strat mocy (nadajnik-antena i antena-odbiornik)
Θb – szerokość wiązki antenowej [rad]
ti – czas trwania impulsu [s]
c – prędkość światła [m/s]
|K|2 – moduł funkcji zespolonej współczynnika załamania materiału
λ - długość fali [m]
r – odległość do obiektu [m]
11
Zależność Pr (r)
12
Zestawienie uzyskanych wyników
obliczeń zasięgu r dla radarów pasma C
R[mm/h]
Radar
0,07 0,15
0,3
0,6
1,3
2,7
5,6
11,5 23,7 48,7 100 200
METEOR 500C
-
-
1,75
3
5,6
10
17,5
31
56
100
178 200
METEOR 1500C
-
1,45
2,4
4,2
7,9
14
25
42
79
145
200 200
TDR 4384-RC
-
4,95
8,6
15
28
50
90
161
200
200
200 200
TDR 4370-C
-
-
-
-
5
9
16,5
29
51
93
164 200
TDR 3070-C
-
-
-
-
4,8
8,5
15
27
46
85
152 200
TDR 2070-C
-
-
-
-
-
4,9
8,5
15
27
49
86
1,9
3,3
5,75 10,8 19,2 34,5
61
110
194
200 200
-
1,75
2,9
30
54
98
175 200
DWSR-2500C/K 1,05
DWSR-2500C
-
5,5
9,9
17
150
13
Przykłady ech radarowych
Echo od chmur warstwowych
Echo od chmur konwekcyjnych
14
Radary do pionowego sondażu atmosfery
Wiązki anteny radaru typu
„wind profiling”
15
Zależność fd(H)
Częstotliwość Dopplera (fd)
2ν
f = r
d
λ
gdzie λ - długość fali, a vr to prędkość radialna obiektu
wyrażana wzorem
ν = ν sin(β )
r
gdzie v jest rzeczywistą prędkością obiektu, a β jest
kierunkowym kątem nachylenia wiązki
2 ν (H) sin (β )
f (H) =
d
λ
H - wysokość
16
Przetwarzanie sygnału
w radarach do
pionowego sondażu
atmosfery
Cykl przetwarzania
danych
Typowe widmo sygnału
17
Wnioski (1)
¾ Informacja pozyskiwana z radarów
meteorologicznych jest wykorzystywana do:
Długoterminowych prognoz pogody
Krótkoterminowych prognoz pogody (lotnictwo)
Ochrony systemów energetycznych
Określania jakości wód powierzchniowych
Monitorowania zanieczyszczeń powietrza
Modelowania procesów wymywania
zanieczyszczeń z atmosfery
• Wspomagania kierowania ogniem artylerii
• Zabezpieczania startów rakiet i statków
kosmicznych
•
•
•
•
•
•
18
Wnioski (2)
¾ Radary meteorologiczne mogą pracować
w wydajnych systemach monitorowania
atmosfery (np. system POLRAD)
¾ Informacje pozyskiwane z radarów meteo
stanowią dane wejściowe dla modeli
numerycznych
¾ Radary tego typu znacznie poszerzają
wiedzę na temat zjawisk zachodzących
w atmosferze i przyczyn je powodujących
19
Wnioski (3)
¾ Dane radarowe uzupełniają informację
pochodzącą z innych źródeł (stacje
meteorologiczne, satelity, radiosondy)
¾ Przy pomocy radarów można wykonywać
pomiary parametrów pola pogody w
odległości nawet 200 km od miejsca ich
lokalizacji
¾ Radar meteo nie zapewnia pełnej
informacji o stanie atmosfery lecz jest
ważnym ogniwem systemu obserwacji
środowiska
20