Способ дистанционного определения скорости и направления ветра над водной поверхностью

 

Изобретение относится к пассивной радиолокации и может быть использовано в метеорологии и океанографии для дистанционного зондирования поверхности моря. Способ заключается в определении поляризационной анизотропии собственного теплового радиоизлучения поверхности моря, для чего осуществляют поворот плоскости поляризации приемника, при этом по направлению вектора поляризации , вдоль которого принят максимальный сигнал , определяют направление ветра, а по разности радиояркостных температур (мощностей собственного теплового радиоизлучения) на ортогональных поляризациях - скорость ветра над водной поверхностью

(В) SU (11) 1582849 AI (51) 5 б 01

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР)

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4429475/09 (22) 23.05.88 (46) 15.12.93 Бюл. М.т 45 — 46 (71) Институт космических исследований АН СССР (?Я) Дзюра М.С.; Кузьмир A.Â.; Поспелов M.Н.; Трохимовский Ю.Г: Эткин В.С. (54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА НАД

ВОДНОЙ ПОВЕРХНОСТЬЮ (57) Изобретение относится к пассивной радиолокации и может быть использовано в метеорологии и океанографии для дистанционного зондирования поверхности моря. Способ заключается в определении поляризационной анизотропии собственного теплового радиоизлучения поверхности моря, для чего осуществляют поворот плоскости поляризации приемника, при этом по направлению вектора поляризации, вдоль которого принят максимальный сигнал, определяют направление ветра, а по разности радиояркостных температур (мощностей собственного теплового радиоизлучения) на ортогональных поляризациях — скорость ветра над водной поверхностью.

1582849

АТя =Гv2 cos 2 а, Изобретение относится к радиолокации, в частности к способам использования микроволнового излучения для получения метеорологической информации, и может быть использовано в метеорологии и океанологии.

Целью изобретения является повышение точности определения скорости и расширение функциональных воэмо>кностей путем измерения направления ветра при слабом и умеренном ветре.

На фиг.1 приведен качественный вид зависимости разности радиояркостных температур собственного радиотеплового излучения от скорости ветра; на фиг.2 — схема взаимного расположения векторов поляризации принимаемого излучения и вектора скорости ветра.

Сущность предлагаемого способа заключается s следующем. Характеристики приповерхностного ветра определяются по измеренной поляриэационной разности собственных радиотепловых излучений водной поверхности в MYIlflMMOTpoBQM или сантиметровом диапазоне длин волн. Под поляризационной разностью(АТя) понимается разность радиояркостных температур излучения двух взаимно ортогональных I10ляризаций при наблюдении в надир, Натурные наблюдения показывают, что АТя определяющим образом зависит от характеристик приповерхностного ветра, в то воемя, как влияние таких факторов, как температура воды, соленость, характеристики атмосферы относительно невелико, В диапазоне скоростей ветра от 0 до 12 м/с достаточно хорошо удовлетворяется следующая эмпирическая зависимость; где v — скорость ветра; а — угол между направлением ветра и вектором поляризации принимаемого излучения;

à — калибровочный коэффициент, зависящий от длины волны.

Способ может быть реализован следующим образом, Для измерения поляризационной анизотропии используется радиометр, непосредственно измеряющий величину поляризационной разности. Использование такого радиометра позволяет получить большую точность, чем при известном способе поляризационных измерений (измерение излучения каждой поляризации независимым радиометром), что связано с устранением таких всзмущающих факто5

55 ров, как временные и температурные дрейфы, неидентичность характеристик приборов, Для дистанционного измерения поляризационной анизотропии радиометр устанавливается на самолете, антенна ориентируется в надир. Самолет совершает вира>к (полет по замкнутому кругу) над выбранным участком водной поверхности с постоянным креном не более 15 . При наличии ветрового волнения, и, следовательно, поля ризационной анизотропии выходной сигнал радиометра представляет собой косинусоподобную функцию оТ курса самолета (точнее, от угла ме>кду направлением ветра и направлением вектора поляризации принимаемого излучения), Если радиометр установлен так, что он измеряет разность радиояркостных температур излучений, вектор поляризации которых соответственно параллелен продольной оси самолета и перпендикулярен ей, то сигнал радиометра достигает максимума при совпадении курса самолета с направлением ветра либо с противоположным ему.

Скорость ветра в этом случае определяется по указанной ранее формуле при а= О, при этом АТ>, очевидно, определяется как половина амплитуды косинусоподобной функции. К преимуществам описанного варианта относятся простота аппаратурной реализации и предельная простота алгоритма определения скорости и направления ветра.

Во втором варианте используются два одинаковых радиометра, ориентированных в надир и развернутых на некоторый, не кратный 90 угол один относительно другого; максимальная точность определения на- правления ветра достигается для угла 45О.

При этом для определения скорости и направления ветра нет необходимости выполнять вираж, что позволяет использовать данный вариант при измерениях как с борта самолета, так и с ИСЗ. В отличие от первого варианта, в этом случае необходима ориентация радиометров точно в надир (например, отклонение от надира 3 мо>кет дать ошибку в определении скорости ветра до

3,5 м/с); либо постоянный контроль крена и тангажг с целью введения соответствующих поп ра вок.

На фиг.2 изображены s горизонтальной плоскости векторы принимаемых поляризаций первого радиометра, совпадающие с осями ОХ и OY (направлению OY соответствует знак +), векторы принимаемых поляризаций второго радиометра, развернутого на 45 относительно первого радиометра, и вектор скорости ветра, со1582849

ЛТЯ1 =Гч cos а; ставляющий.угол а с осью OY. В этом случае для двух неизвестных v и а получается система двух нелинейных уравнаний

Та .= Г v c os (а + 45 ) .

Измеряя одновременно ЛТ,1 и ЛТ 2 можно восстановить ч и а(с неопределенностью 180 ). Неопределенность 180, как и в первом варианте, можно устранить, привлекая дополнительные данные (непосредственные измерения либо барометрические карты), Формула изобретения

1, СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ СКОРОСТИ И НАПРАВЛЕНИЯ ВЕТРА НАД ВОДНОЙ

ПОВЕРХНОСТЬЮ, заключающийся в приеме собственного радиотеплового излучения водной поверхности в микроволновом диапазоне и измерении радиояркостной. температуры Тя, отличающийся тем, что, с целью повышения точности определения скорости и расширения функциональных возможностей путем измерения скорости ветра при слабом и умеренном ветре, определяют поляризационную анизотропию собственного радиотеплового излучения водной поверхности путем поворота плоскости поляризации приемника с последующим измерением разности радиояркостных температур АТ на линейных ортогональных поляризациях, при

Несмотря на более сложный, чем в варианте 1, алгоритм определения характеристик ветра, обработку измерений можно вести в реальном времени с применением относи5 тельно несложных вычислительных средств, например, микроЭВМ типа "Электроника". (56) Wentz F.l., Cardone Ч.1., Fedor (.S, Inter

comparison of Wind Speeds Inferred by the

10 SASS, Altimeter and SMMR. — Journal of

GeophysIcal Research, 1982, v.87, и С 5, р.3378-3384, А. Cavanle, D. Off iles. ERS-1. Wind

Scattегоmeter., Wind Extraclon and

15 Ambiquity Removal. — Procudings of I CARSS

86 Symposium, Zurich, 8 — 11, Sept. 1986, ESA.SP-254, р.395 — 398. этом направление вектора скорости ветра определяют по направлению коллинеарного ему вектора напряженности электрического поля, соответствующего максимуму радиояркостной температуры, а скоростьпо амплитуде разности радиояркостных температур из соотношения

ЛТ = Г V cos а, где Г - калибровочный коэффициент;

V - скорость ветра; а - угол между направлением ветра и вектором поляризации принимаемого излучения.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что поляризационная анизотропия собственного радиотеплового излучения водной поверхности определяется по одновременным измерениям на двух поляризациях, повернутых одна. относительно другой на, угол, не кратный 90 .

1582849

Составитель А,Кочин

Техред M.Ìîðãåíòàë

Корректор Л,Филь

Редактор Т,Орловская

Тираж Подписное

НПО "Поиск" Роспатента

Заказ 3352

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент". г. Ужгород, ул.Гагарина, 101