СОЗДАНИЕ ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА ДЛЯ ОБРАБОТКИ ЛИДАРНЫХ СИГНАЛОВ И УПРАВЛЕНИЯ МИКРОИМПУЛЬСНЫМ КОГЕРЕНТНЫМ ДОПЛЕРОВСКИМ ЛИДАРОМ
|
Реферат
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Методы обработки лидарных сигналов 9
1.1 Принцип работы и существующие конструкции ИКДЛ 9
1.2 Оценивание отношения сигнал-шум и радиальной скорости 14
1.3 Технологии обработки лидарных сигналов в режиме реального времени 20
1.4 Оценка погрешности при вычислении спектра мощности лидарного сигнала с
помощью блока конвейерного преобразования Фурье Spiral DFT Gen 21
1.5 Оценивание вектора скорости ветра из измерений когерентным доплеровским
лидаром 23
1.6 Оценивание параметров ветровой турбулентности из данных, измеряемых ИКДЛ при коническом сканировании 25
2. Параметры и структура созданного программного комплекса 31
2.1. Программный комплекс по обработке сигналов и управлению лидаром в
реальном времени 31
2.1.1 Конструкция макета ИКДЛ ИОА СО РАН 31
2.1.2 Графический интерфейс 33
2.1.3 Характеристики платы быстрой обработки лидарного сигнала и методы
разработки программного обеспечения под выбранную платформу 35
2.1.4 Структура прошивки ПЛИС 38
2.1.5 Тестирование прошивки ПЛИС 41
2.1.6 Управление сканирующей системой 43
2.2. Программы для обработки данных, измеряемых ИКДЛ при коническом
сканировании зондирующим пучком 44
2.2.1. Программа для восстановления высотных профилей ветра 44
2.2.2. Программа для восстановления высотных профилей параметров ветровой
турбулентности 45
3. Результаты измерений микроимпульсными когерентными доплеровскими
лидарами с использованием созданного программного комплекса 47
3.1 Измерения радиальной скорости 47
3.2 Измерения скорости и направления ветра 54
3.3 Лидарная оценка степени анизотропии ветровой турбулентности в
пограничном слое атмосферы 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
ВВЕДЕНИЕ 4
1 Методы обработки лидарных сигналов 9
1.1 Принцип работы и существующие конструкции ИКДЛ 9
1.2 Оценивание отношения сигнал-шум и радиальной скорости 14
1.3 Технологии обработки лидарных сигналов в режиме реального времени 20
1.4 Оценка погрешности при вычислении спектра мощности лидарного сигнала с
помощью блока конвейерного преобразования Фурье Spiral DFT Gen 21
1.5 Оценивание вектора скорости ветра из измерений когерентным доплеровским
лидаром 23
1.6 Оценивание параметров ветровой турбулентности из данных, измеряемых ИКДЛ при коническом сканировании 25
2. Параметры и структура созданного программного комплекса 31
2.1. Программный комплекс по обработке сигналов и управлению лидаром в
реальном времени 31
2.1.1 Конструкция макета ИКДЛ ИОА СО РАН 31
2.1.2 Графический интерфейс 33
2.1.3 Характеристики платы быстрой обработки лидарного сигнала и методы
разработки программного обеспечения под выбранную платформу 35
2.1.4 Структура прошивки ПЛИС 38
2.1.5 Тестирование прошивки ПЛИС 41
2.1.6 Управление сканирующей системой 43
2.2. Программы для обработки данных, измеряемых ИКДЛ при коническом
сканировании зондирующим пучком 44
2.2.1. Программа для восстановления высотных профилей ветра 44
2.2.2. Программа для восстановления высотных профилей параметров ветровой
турбулентности 45
3. Результаты измерений микроимпульсными когерентными доплеровскими
лидарами с использованием созданного программного комплекса 47
3.1 Измерения радиальной скорости 47
3.2 Измерения скорости и направления ветра 54
3.3 Лидарная оценка степени анизотропии ветровой турбулентности в
пограничном слое атмосферы 57
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 65
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ 66
ПРИЛОЖЕНИЕ А 69
Актуальность темы. Во многих задачах экспериментального исследования турбулентных ветровых полей пограничного слоя атмосферы требуются применение технических средств, обеспечивающих оперативные измерения с высоким временным и пространственным разрешением. Наиболее подходящим для этого являются микроимпульсный когерентный доплеровский лидар (МКДЛ), способный формировать зондируемый объем размером 20 м и восстанавливать одиночный профиль радиальной скорости (проекции вектора скорости ветра на ось зондирующего пучка) вдоль трассы длиной до 2 км за время 0,1 с. Наличие в комплекте МКДЛ сканера для изменения направления распространения в атмосфере зондирующего излучения позволяет получать исходные данные для решения конкретной задачи зондирования, в частности, для восстановления высотных профилей скорости и направления ветра и параметров ветровой турбулентности.
Однако, в существующих МКДЛ используемое программное обеспечение для предварительной обработки лидарных сигналов имеет определенные ограничения на число получаемых в реальном времени оценок радиальной скорости на различных расстояниях от лидара. Из-за этого, в частности, лидарный мониторинг вихревых следов самолетов (представляющих опасность для других летательных аппаратов) на летном поле аэропорта не может быть реализован на практике. Поэтому для решения данной проблемы необходимо создание нового программного обеспечения для МКДЛ.
К настоящему времени разработаны методы оценивания параметров ветровой турбулентности (кинетической энергии турбулентности, ее скорости диссипации, внешнего масштаба турбулентности и потоков количества движения) из измерений МКДЛ при коническом сканировании зондирующим и с использованием этих методов проведены обширные лидарные исследования, в результате которых получены новые знания о ветровой турбулентности пограничного слоя атмосферы. В то же время вопросы о степени анизотропии турбулентности, в частности, анизотропии масштабов корреляции флуктуаций скорости ветра в условиях устойчивой температурной стратификации пограничного слоя атмосферы, оставались открытыми. В связи с этим в диссертации ставится задача по разработке стратегии лидарных измерений и компьютерной программы для обработки их исходных данных с целью получения оценок коэффициента анизотропии ветровой турбулентности.
Цель и задачи исследования. Таким образом, целью диссертационной работы является создание программного комплекса, предназначенного для обработки сигналов и управления работой МКДЛ, получения профилей радиальной скорости из исходных лидарных данных в режиме реального времени, восстановления высотных профилей вектора скорости ветра и параметров ветровой турбулентности. Для достижения цели решались следующие задачи.
1. Разработка программного обеспечения (ПО) для МКДЛ, создаваемого в Лаборатории распространения волн ИОА СО РАН, (лидара ЛРВ). С помощью этого ПО должна осуществляется а) предварительная обработка поступающих с АЦП отсчетов лидарного сигнала, в результате которой определяется массив доплеровских спектров для различных расстояний от лидара; б) управление работой лидара ЛРВ, включая управление его сканирующим устройством; в) восстановление профилей радиальной скорости вдоль оси зондирующего пучка в реальном времени. Тестирование работы сигнального процессора лидара в лабораторных экспериментах.
2. Создание компьютерных программ в среде графического программирования LabVIEW для восстановления из массива радиальных скоростей, измеряемых МКДЛ при коническом сканировании зондирующим пучком, высотных профилей трех компонент вектора скорости ветра и параметров ветровой турбулентности.
3. Проведение долговременных совместных измерений радиальной скорости лидарами ЛРВ и Stream Line. Сравнительный анализ результатов этих измерений.
4. Тестовые измерения высотных профилей скорости и направления ветра лидаром ЛРВ с использованием конического сканирования зондирующим пучком.
5. Разработка метода определения степени анизотропии ветровой турбулентности из измерений МКДЛ массива радиальных скоростей. Анализ результатов эксперимента с лидаром Stream Line и получение новых знаний об анизотропии турбулентности в пограничном слое атмосферы.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Созданный программный комплекс для обработки сигналов и управления работы микроимпульсного когерентного доплеровского лидара (МКДЛ) позволяет в реальном времени получать массивы доплеровских спектров и радиальных скоростей на 390 различных расстояниях от лидара, что примерно в 1,5 раза превышает возможности ранее созданных МКДЛ.
2. Разработан новый способ определения параметров ветровой турбулентности из измерений когерентными доплеровскими лидарами, с помощью которого в натурном эксперименте впервые установлено, что в условиях устойчивой температурной стратификации пограничного слоя атмосферы коэффициент анизотропии масштабов корреляции турбулентных флуктуаций скорости ветра может принимать значения, равные 3 и более.
Достоверность первого защищаемого положения обеспечивается совпадением результатов одновременных измерений радиальной скорости лидаром ЛРВ (для которого была разработана программа по обработке сигналов) и лидаром Stream Line серийного производства фирмой HALO Photonics (Великобритания). Достоверность второго защищаемого положения обеспечивается тем, что результаты были получены из измерений в условиях высокого лидарного отношения сигнал-шум, а приемлемая точность лидарных оценок кинетической энергии турбулентности и ее скорости диссипации показана ранее в совместных с акустическим анемометром экспериментах. Кроме того, результаты для анизотропии турбулентных флуктуаций скорости ветра не противоречат известным экспериментальным данным других авторов.
Научная новизна:
1. Создан новый программный комплекс для обработки исходных данных МКДЛ, по своему потенциалу превосходящий возможности известных аналогов.
2. Разработан новый метод восстановления параметров ветровой турбулентности из измерений лидаром при коническом сканировании под разными углами места.
3. В результате анализа данных лидарного эксперимента получены новые знания об анизотропии турбулентности устойчивого пограничного слоя атмосферы.
Научная и практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в том, что созданный программный комплекс по обработке сигналов и управлению МКДЛ открывает новые возможности в изучении динамических процессов в пограничном слое атмосферы (включая ветровую турбулентность и внутренние гравитационные воны) и когерентных структур техногенного происхождения в виде вихревых следов самолетов и шлейфов с дефицитом скорости ветра, образующихся вниз по потоку за ветряками. Обеспечивает получение из лидарных измерений оперативной информации о вертикальных профилях скорости и направления ветра с высоким временным и пространственным разрешением.
В отличии от аналогов, программное обеспечение, созданное для для обработки сигналов лидара в режиме реального времени, реализовано с использованием открытых программных продуктов, что в случае коммерческого использования делает лидар более доступным и предоставляет возможность относительно быстрого переноса программного кода на другую аппаратную платформу.
Тематика диссертационной работы включена в планы научно-исследовательской работы Института оптики атмосферы СО РАН по проектам ФЦП (Соглашение № 14.607.21.0151 - уникальный идентификатор RFMEFI61615X0058) и Российского
научного фонда (Грант № 19-17-00170).
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII Российской конференции с международным участием "Новые информационные технологии в исследовании сложных структур - ICAM'2018" (пос. Катунь, Алтайский край, 4-8 июня 2018 г.), XV Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов СНИИ-2018 (Томск, 17-19 мая 2018 года), XIV Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления" (Томск, 28-30 ноября 2018 года) и XVI Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов СНИИ-2019 (Томск, 13-15 мая 2019 года).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения. Изложена на 78 страницах, содержит 32 рисунка, 7 таблиц, 33 формулы и список использованных источников, включающий 30 публикаций.
Список публикаций по результатам диссертационной работы:
1. Шерстобитов А.М. Способ обработки сигналов импульсного когерентного доплеровского лидрара в режиме реального времени. // XII Российская конференция с международным участием "Новые информационные технологии в исследовании сложных структур - ICAM'2018", пос. Катунь, Алтайский край, 4-8 июня 2018 г. С.13 (https://elibrary.ru/item.asp?id=35202690)
2. Шерстобитов А.М. Программно-аппаратный комплекс по обработке лидарных сигналов и управлению лидаром // XV Всероссийская конференция студенческих научно-исследовательских инкубаторов СНИИ-2018, Томск, 17-19 Мая 2018.
3. Шерстобитов А.М. Программный комплекс для обработки сигналов импульсного когерентного доплеровского лидара в реальном времени // XIV Международная научно-практическая конференция "Электронные средства и системы управления", Томск, 28-30 ноября 2018.
4. Шерстобитов А.М. Использование платформы Arduino Nano для управления сканирующей системой ветрового доплеровского лидара // XVI Всероссийская конференция студенческих научно-исследовательских инкубаторов СНИИ-2019, Томск, 13-15 мая 2019.
5. Смалихо И.Н., Банах В.А., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М. Лидарные исследования анизотропии ветровой турбулентности в устойчивом пограничном слое атмосферы // XXV Международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы", Новосибирск, 1-5 июля 2019.
(https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/25/ru/abstr_11094.pdf)
6. Банах В.А., Надеев А.И., Разенков И.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М. Результаты тестирования импульсного когерентного доплеровского лидара, созданного в ИОА СО РАН // XXV Международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы", Новосибирск, 1-5 июля 2019.
(https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/25/ru/abstr_11428.pdf)
7. Смалихо И.Н., Банах В.А., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М. Лидарные оценки степени анизотропии ветровой турбулентности в устойчивом пограничном слое атмосферы // Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 7 (статья принята в печать, справка прилагается).
Однако, в существующих МКДЛ используемое программное обеспечение для предварительной обработки лидарных сигналов имеет определенные ограничения на число получаемых в реальном времени оценок радиальной скорости на различных расстояниях от лидара. Из-за этого, в частности, лидарный мониторинг вихревых следов самолетов (представляющих опасность для других летательных аппаратов) на летном поле аэропорта не может быть реализован на практике. Поэтому для решения данной проблемы необходимо создание нового программного обеспечения для МКДЛ.
К настоящему времени разработаны методы оценивания параметров ветровой турбулентности (кинетической энергии турбулентности, ее скорости диссипации, внешнего масштаба турбулентности и потоков количества движения) из измерений МКДЛ при коническом сканировании зондирующим и с использованием этих методов проведены обширные лидарные исследования, в результате которых получены новые знания о ветровой турбулентности пограничного слоя атмосферы. В то же время вопросы о степени анизотропии турбулентности, в частности, анизотропии масштабов корреляции флуктуаций скорости ветра в условиях устойчивой температурной стратификации пограничного слоя атмосферы, оставались открытыми. В связи с этим в диссертации ставится задача по разработке стратегии лидарных измерений и компьютерной программы для обработки их исходных данных с целью получения оценок коэффициента анизотропии ветровой турбулентности.
Цель и задачи исследования. Таким образом, целью диссертационной работы является создание программного комплекса, предназначенного для обработки сигналов и управления работой МКДЛ, получения профилей радиальной скорости из исходных лидарных данных в режиме реального времени, восстановления высотных профилей вектора скорости ветра и параметров ветровой турбулентности. Для достижения цели решались следующие задачи.
1. Разработка программного обеспечения (ПО) для МКДЛ, создаваемого в Лаборатории распространения волн ИОА СО РАН, (лидара ЛРВ). С помощью этого ПО должна осуществляется а) предварительная обработка поступающих с АЦП отсчетов лидарного сигнала, в результате которой определяется массив доплеровских спектров для различных расстояний от лидара; б) управление работой лидара ЛРВ, включая управление его сканирующим устройством; в) восстановление профилей радиальной скорости вдоль оси зондирующего пучка в реальном времени. Тестирование работы сигнального процессора лидара в лабораторных экспериментах.
2. Создание компьютерных программ в среде графического программирования LabVIEW для восстановления из массива радиальных скоростей, измеряемых МКДЛ при коническом сканировании зондирующим пучком, высотных профилей трех компонент вектора скорости ветра и параметров ветровой турбулентности.
3. Проведение долговременных совместных измерений радиальной скорости лидарами ЛРВ и Stream Line. Сравнительный анализ результатов этих измерений.
4. Тестовые измерения высотных профилей скорости и направления ветра лидаром ЛРВ с использованием конического сканирования зондирующим пучком.
5. Разработка метода определения степени анизотропии ветровой турбулентности из измерений МКДЛ массива радиальных скоростей. Анализ результатов эксперимента с лидаром Stream Line и получение новых знаний об анизотропии турбулентности в пограничном слое атмосферы.
На защиту выносятся следующие основные положения:
1. Созданный программный комплекс для обработки сигналов и управления работы микроимпульсного когерентного доплеровского лидара (МКДЛ) позволяет в реальном времени получать массивы доплеровских спектров и радиальных скоростей на 390 различных расстояниях от лидара, что примерно в 1,5 раза превышает возможности ранее созданных МКДЛ.
2. Разработан новый способ определения параметров ветровой турбулентности из измерений когерентными доплеровскими лидарами, с помощью которого в натурном эксперименте впервые установлено, что в условиях устойчивой температурной стратификации пограничного слоя атмосферы коэффициент анизотропии масштабов корреляции турбулентных флуктуаций скорости ветра может принимать значения, равные 3 и более.
Достоверность первого защищаемого положения обеспечивается совпадением результатов одновременных измерений радиальной скорости лидаром ЛРВ (для которого была разработана программа по обработке сигналов) и лидаром Stream Line серийного производства фирмой HALO Photonics (Великобритания). Достоверность второго защищаемого положения обеспечивается тем, что результаты были получены из измерений в условиях высокого лидарного отношения сигнал-шум, а приемлемая точность лидарных оценок кинетической энергии турбулентности и ее скорости диссипации показана ранее в совместных с акустическим анемометром экспериментах. Кроме того, результаты для анизотропии турбулентных флуктуаций скорости ветра не противоречат известным экспериментальным данным других авторов.
Научная новизна:
1. Создан новый программный комплекс для обработки исходных данных МКДЛ, по своему потенциалу превосходящий возможности известных аналогов.
2. Разработан новый метод восстановления параметров ветровой турбулентности из измерений лидаром при коническом сканировании под разными углами места.
3. В результате анализа данных лидарного эксперимента получены новые знания об анизотропии турбулентности устойчивого пограничного слоя атмосферы.
Научная и практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в том, что созданный программный комплекс по обработке сигналов и управлению МКДЛ открывает новые возможности в изучении динамических процессов в пограничном слое атмосферы (включая ветровую турбулентность и внутренние гравитационные воны) и когерентных структур техногенного происхождения в виде вихревых следов самолетов и шлейфов с дефицитом скорости ветра, образующихся вниз по потоку за ветряками. Обеспечивает получение из лидарных измерений оперативной информации о вертикальных профилях скорости и направления ветра с высоким временным и пространственным разрешением.
В отличии от аналогов, программное обеспечение, созданное для для обработки сигналов лидара в режиме реального времени, реализовано с использованием открытых программных продуктов, что в случае коммерческого использования делает лидар более доступным и предоставляет возможность относительно быстрого переноса программного кода на другую аппаратную платформу.
Тематика диссертационной работы включена в планы научно-исследовательской работы Института оптики атмосферы СО РАН по проектам ФЦП (Соглашение № 14.607.21.0151 - уникальный идентификатор RFMEFI61615X0058) и Российского
научного фонда (Грант № 19-17-00170).
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на XII Российской конференции с международным участием "Новые информационные технологии в исследовании сложных структур - ICAM'2018" (пос. Катунь, Алтайский край, 4-8 июня 2018 г.), XV Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов СНИИ-2018 (Томск, 17-19 мая 2018 года), XIV Международной научно-практической конференции "Электронные средства и системы управления" (Томск, 28-30 ноября 2018 года) и XVI Всероссийской конференции студенческих научно-исследовательских инкубаторов СНИИ-2019 (Томск, 13-15 мая 2019 года).
Объем и структура диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав и заключения. Изложена на 78 страницах, содержит 32 рисунка, 7 таблиц, 33 формулы и список использованных источников, включающий 30 публикаций.
Список публикаций по результатам диссертационной работы:
1. Шерстобитов А.М. Способ обработки сигналов импульсного когерентного доплеровского лидрара в режиме реального времени. // XII Российская конференция с международным участием "Новые информационные технологии в исследовании сложных структур - ICAM'2018", пос. Катунь, Алтайский край, 4-8 июня 2018 г. С.13 (https://elibrary.ru/item.asp?id=35202690)
2. Шерстобитов А.М. Программно-аппаратный комплекс по обработке лидарных сигналов и управлению лидаром // XV Всероссийская конференция студенческих научно-исследовательских инкубаторов СНИИ-2018, Томск, 17-19 Мая 2018.
3. Шерстобитов А.М. Программный комплекс для обработки сигналов импульсного когерентного доплеровского лидара в реальном времени // XIV Международная научно-практическая конференция "Электронные средства и системы управления", Томск, 28-30 ноября 2018.
4. Шерстобитов А.М. Использование платформы Arduino Nano для управления сканирующей системой ветрового доплеровского лидара // XVI Всероссийская конференция студенческих научно-исследовательских инкубаторов СНИИ-2019, Томск, 13-15 мая 2019.
5. Смалихо И.Н., Банах В.А., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М. Лидарные исследования анизотропии ветровой турбулентности в устойчивом пограничном слое атмосферы // XXV Международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы", Новосибирск, 1-5 июля 2019.
(https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/25/ru/abstr_11094.pdf)
6. Банах В.А., Надеев А.И., Разенков И.А., Смалихо И.Н., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М. Результаты тестирования импульсного когерентного доплеровского лидара, созданного в ИОА СО РАН // XXV Международный симпозиум "Оптика атмосферы и океана. Физика атмосферы", Новосибирск, 1-5 июля 2019.
(https://symp.iao.ru/files/symp/aoo/25/ru/abstr_11428.pdf)
7. Смалихо И.Н., Банах В.А., Фалиц А.В., Шерстобитов А.М. Лидарные оценки степени анизотропии ветровой турбулентности в устойчивом пограничном слое атмосферы // Физика атмосферы и океана. 2019. Т. 32. № 7 (статья принята в печать, справка прилагается).
В диссертационной работе получены следующие результаты:
1) В ходе реализации “быстрой” части программного комплекса на ПЛИС STRATIX IV с помощью конвейерного преобразования Фурье Spiral DFT Gen, выявлены пределы скорости работы модуля и выбрана конфигурация, позволяющая осуществлять обработку лидарного сигнала при частоте оцифровки 250 МГц.
2) Показано, что относительная погрешность расчета спектральных каналов Фурье спектра мощности лидарного сигнала при их вычислении с помощью модуля конвейерного преобразования Фурье Spiral DFT Gen длинною 64 отчета и усреднении по 103 - 104 посылкам зондирующего импульса не превышает 10-5.
3) Создан программный комплекс, в реальном времени вычисляющий профили радиальной скорости и отношения сигнал-шум, строящий высотные профили ветра и оценивающий турбулентные характеристики атмосферы из данных конического сканирования МКДЛ.
4) Созданный программный комплекс способен в реальном времени вычислять 390 оценок радиальной скорости ветра и отношения сигнал-шум из сигналов лидара, что превышает характеристики аналогов в 1.5 раза.
5) Разработан новый метод определения степени анизотропии ветровой турбулентности из данных конического сканирования МКДЛ.
6) На основе разработанного метода создана программа оценивания степени анизотропии ветровой турбулентности.
7) В ходе анализа результатов эксперимента на Базовом экспериментальном комплексе ИОА с использованием лидара Stream Line с помощью созданной программы оценки анизотропии ветровой турбулентности впервые обнаружено, что при условии устойчивой температурной стратификации пограничного слоя атмосферы и наличии низкоуровневого струйного течения дисперсия горизонтальной (интегральный масштаб) скорости ветра, превышает дисперсию (интегральный масштаб) вертикальной скорости и отношение таких дисперсий и интегральных масштабов составляет, соответственно, 2,26 и
3,4.
1) В ходе реализации “быстрой” части программного комплекса на ПЛИС STRATIX IV с помощью конвейерного преобразования Фурье Spiral DFT Gen, выявлены пределы скорости работы модуля и выбрана конфигурация, позволяющая осуществлять обработку лидарного сигнала при частоте оцифровки 250 МГц.
2) Показано, что относительная погрешность расчета спектральных каналов Фурье спектра мощности лидарного сигнала при их вычислении с помощью модуля конвейерного преобразования Фурье Spiral DFT Gen длинною 64 отчета и усреднении по 103 - 104 посылкам зондирующего импульса не превышает 10-5.
3) Создан программный комплекс, в реальном времени вычисляющий профили радиальной скорости и отношения сигнал-шум, строящий высотные профили ветра и оценивающий турбулентные характеристики атмосферы из данных конического сканирования МКДЛ.
4) Созданный программный комплекс способен в реальном времени вычислять 390 оценок радиальной скорости ветра и отношения сигнал-шум из сигналов лидара, что превышает характеристики аналогов в 1.5 раза.
5) Разработан новый метод определения степени анизотропии ветровой турбулентности из данных конического сканирования МКДЛ.
6) На основе разработанного метода создана программа оценивания степени анизотропии ветровой турбулентности.
7) В ходе анализа результатов эксперимента на Базовом экспериментальном комплексе ИОА с использованием лидара Stream Line с помощью созданной программы оценки анизотропии ветровой турбулентности впервые обнаружено, что при условии устойчивой температурной стратификации пограничного слоя атмосферы и наличии низкоуровневого струйного течения дисперсия горизонтальной (интегральный масштаб) скорости ветра, превышает дисперсию (интегральный масштаб) вертикальной скорости и отношение таких дисперсий и интегральных масштабов составляет, соответственно, 2,26 и
3,4.
