Способ дистанционного определения вертикальных перемещений стратифицированной среды

 

А у 4 01 H 5/00

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

И ABTQPGHGLAV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

" « г С

Фа

° °

М

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

По ДЕЛАМ ИЗОЫ ЕТЕЧИЙ И ОТНРЫТИй (21) 3485364/18 28 (22 ) 15.07. 82 (46) 07.3 1.83. Бюл. Ж 41 ,(72} В. П. Шевцов и А. С. Саломатин (71) Тихоокеанский океанологический институт Дальневосточного научного дентра AH СССР (53) 534.6.08(088.8) (56) Шауб Ю. Б., Деменюк B. H. HaMe ранив .внутренних волн контактной алекI трической установкой. - "Океанология", 1878, 18, No 1.

2. Андреева И. Б., Макштас Я. П.

Колебания глубин звукорассеиваюших слоев и внутренние волны. "Океанология", 1976, 16, М 3, с. 436-440 (прототип}. (54) (57) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО

ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЕРТИКАЛЬНЫХ ПЕРЕМЕШЕНИЙ СТРАТИФИЦИРОВАННОИ, СРЕДЫ, заключаюшийся в том, что пе риодически излучают в среду импульсные, сигналы, регистрируют сигналы обратного рассеяния и по вариациям во времени информативного параметра сигналов различных посылок судят о перемешении среды, отличеюшийся тем, что, с целью повышения достоверности, и точности измерений, принимавмый сигнал обратного рассеяния многокрач но стробируют путем деления его на временные подынтервалы, для каждого временного подынтервала определяют значения среднего уровня сигнала и граФ диента, а в качестве информативного па Е раметра выбирают их отношение.

20 срзды не необходимое. количество слоев

1 1052

Изобретение относится к гипроакустическим и акустическим измерениям и может быть использовано пля измерения

IIBpBMeTpoB внутренних BoJIH B BorroeMBx и атмосфере, а также при разработке и конструировании гидрофизических и метеорологических приборов.

Известен cIIoco6 дистанционного Одре деления вертикальных перемещений стра тифицированной среды, заключающийся в том, что измеряют вариацию некоторой физической характеристики срецы, на пример электропроводности или температуры, с помощью системы распределенных по глубине цатчиков и по измеренным вариациям и известному вертикальному грапиенту соответствующего параметра вычисляют амплитуду внутренних волн, xBpBIr repHayrorrrylo ! вертикальные перемешения стратифицированной срецы (1 ) .

Недостаток известного способа состоит в его сложности и малой точности. Например, пля измерения многомоцовых внутренних волн в открытом оке- 2 ане необходима измерительная сила, соцержешая бопыпое количество датчиков и многоканальную кебельпую линию пе= репачи информации.

Поставленная цель цостигается тем, что согласно способу пистанционного

Определения вертикальных перемещений стретифицированной cperrr заключающемуся в том, что периодически;:..=.Лучеют

В среду импульсные сигналы, p=-гис.трируют сигналы обратного рассеяния и по, I вариациям времени информативного -:.яра= метра сигналов различных посылок судят о перемещении среды, принимаемый сигнал Обратного рассеяния многократно стробируюг путем деления его на временные цоцынтервалы,. для. кеж",îãî временного попынтервале опрецег. НО значения среднего уоовня сигна::.=- : градиента, а в качестве информативн-:.О па раметра выбирают их отношение.

Стробирование сигнале по времени позволяет разбить Озвученную толщу

". заданной толщиной, определяемой оцнознечно цлительностью OYðoáèðórîHIåãO импульсе и скоростью распространения звука в среде. Кежпъ1й выделенный участок сигнала соответствует определенному слою. Б вертикально стратифицированной среце каждый такой слой имеет

cDGH акустические характеристики, что обусловливает вариации уровня принятого сигнала в п делах соответствующих

Наиболее близким по технической сущности и постигаемому результату к прецлагеемому является способ пистан.ционного or!ределения вертпкельных пере*= мешений стратифицированной среды, за= ключаюшийся в том, что периодически излучают в среду импульсные сигналы, регистрируют сигналы обратного рассеяния и по Вариациям ВО Времени инфор метивного параметре сигналов различных посылок супят о перемещении срзпь.

В качестве информативного параметра выбирают интервал времени между посъпткой сигнала и регистрацией Обратного рассеяния j2 ) .

Указанный способ имеет ограниченное применение, тек как позволяет от1рделять

1 вертикальные пегемешения среды лишь тогда, когда в среце имеются достаточно хорошо выраженные звукорессеивеюшие слои, например, обусловленные скоплением каких-либо материальных объектов.

Так как в большинстве случаев границы звукорессеиваюшнх слоев размыты„способ имеет невысокую точность и цостовер-55 ность.

Пель изобретения - повышение достоверности и точности измерен»N. участков сигнале. Величина "- тих вариаций прямо пропорциональна верт,ыальному градиенту рассеивающих свойств и величине перемещений. Таким Образом, Определяя значения среднего уровня в пределах кажцого поцынтервеле и его градиента и выбирая в качестве информативного параметра их Отношение„судят

О перемещении среды. ПО вариециям информативного параметра опрецеляемых по всей совокупности сигналов измерения опрепелюот параметры вертикального перемещения стратифицированной среды, например частоту и амплитуду вертикальных колебаний среды, происходящих поп действием пОля тяжести земли, B также скоро=ть респрострапения возникающей при этом волны и ее частоту (так называемая вчутренняя волна).

Поскольку внутренние волны характеризуются крайне низкими частотами колебаний, с целью определения их вертикальной структуры обработку осуществляют в информативной полосе частот спектре сигналов путем их частотной фильтрации. При этом, с целью повышения точности определения параметров кОлебений Вну тренних ВОлн к их мод ОВОй

1052881

55 структурь1, Вычислякэт функ11ию Взаимной корреляции между Вариациям - информативного па раме т-::а.

Прецлагаемый способ был использован для измеренк;- параме-ров Внутренних волн в океане. 1спользовался шт." т. ный суповой эхсг:от. B вопную среду в вертккал ном направлении периодически излу-1али ак!стические импульсы цлктельностью 10. мс с перкоцом повтс- Ю ря .кя 1,1 с. Так как срецняя величина скорости звука в морской воде равна

1500 м ."., то указанный период повторенк;; им::;ульсов излучения позволяет проводить наблюпения в слое от пов -1рхпостк до глуби =. 825 м. Для того, —;тобы исключить Просачивание сигналов 1-. му-=чения очередного импульса в кзмерктел!-.ный канал, прием сигналов обратного рассеянкя произво-..к-ся В течение . . c после окончания излучения, т.е. пркчнмалрсь сигналы, рассеянные В слое 7,.-;=:

757,5 м. Слой выше 7,5 м, сигнал рассеяния от которого приходит к приемнику во время, когца излу- 25 чение еше не закончилось, из наблюпения исключался. Его толшина определяется длительностью импульса излу== чения к при длительности 10 мсек равна 7,5 м. Принятые с÷ãíàëû обратного рассеяния усиливались и петектировались. При этом путем использования ав»o= матической времязависимой по линейному закону регулировки усиления (начиная с момента излучения каждого импульса)

35 производили корректировку уровня скгнала с целью устранения влияния на него сферического расхожцения. Продетектированные сигналы длительностью 1 с пля каждого импульса излучения через

4 аналого-цифровой преобразователь, имею= ший частоту квантования 2 кГц, попавались на ЭВМ. Здесь каждый сигнал разбивался по времени на 25 равных подынтервалов цлктельностью 40 мс

{80 отсчетов). Таким образом, весь слой наблюцения тол 1!ной 750 м разделялся на 25 с сэв толшиной по 30 м.

Для кажцого из вьшеленных слоев опрецеляли средний уровень сигнала рассеяния и его вертикальный градиег";, При этом для вычисления вертикальнс -о грациента весь сигнал длительностьк 1 с сначала сглаживался цифровым коси-;усфильтром с масштабом сглаживани1, равным половине толшины слоя. Величину грациента вычисляли как отношечие разности отсчетов сигнала рассеяния на верх-ней и нижней границах кажцого слоя к толшине слоя; Далее определяли информаткьк !й! параметр и полученные его зна ..:.::..я заносили во Внешнюю память ЭВМ.

Указанные операции повторяли пля каждого кз 10 тыс. импульсов излучения в

- ;..кение 3 ч. После этого проводили обработку на,-спленных р=зультатов наблюденк" " целью определения вертикальной структуры внутренних волн и оценки их параметров. Для этого ряпы значений но-..мированного срецнего уровня сигнала рассеяния цля каждого слоя фильтре вали цифровым способом в информативной полосе частот 3 10 - 2 10 2 Гц. В рэзуг-ьтате опрецелялк амплитуцу вертикаль» ных колебанкй среды, обусловленных кине;.а".-и:е:.--1им з." .Аэктом внутренних волн ука ,=- ÿêo=-с дкапазсна частот. Для оценки вк-. да волн разли=;ных частот фильтровахн1-э ряды значений для кажпого слоя подвергалк спектральному анализу. Для всех слоев функция спектральной плотности имела максимум на частоте 9,8 10 ц, что с кпетельствует о преобладаю!цей рслк волн этой частоты во всей озвученной толше воцной срэпы.

Для Выявления вертикальной структуры Волн вычисляли коэффициент взаимной коррэляцик между значениями информатквного параметра в разных слоях.

При этом значения коэффициента корре» ляпин с увеличение:.. расстояния между

СЛСЯМК МЕДЛЕННО УМЕН6ШИЛССЬ, НО НИГЦЕ не псстигадк нуля, Следовательно, в цанном случае имели место вертккальные колебания одчой низшей моды.

В другом варка ".:-е реализации способа Всо с не рации вь! полн я лись C IIGM oUI6!o аналоговых электроннь1х cpeIIcrB, в состав которых входклк интеграторы, фильт ры низких частот, электронные ключи и цругке устройства. Иа выходе формировались электрические сигналы, вариации которых .-.o напряжению отображали вертикальные колебания cpBHbt B разных слоях. Этк сигналы попавались на самописцы либо многоканальну-ю систему циф» ровой регистрации типа К-484/2. Дальнейшую!с обработку по анализу колебаний (спектрально-корреляционную) выполняли на ЭВМ.

Применение способа позволяет повысить достоверность и точность измере ний, так как при этом исключается операция измерения гидрофкзических параметров контактными цатчиками, а также отпадает необходимость наличия на требуемых глубинах хорошо выраженных звуко» рассекваюших слоев.