Способ разведки ледовой обстановки с авиасредств



Способ разведки ледовой обстановки с авиасредств
Способ разведки ледовой обстановки с авиасредств

 


Владельцы патента RU 2425400:

ФГУП "Росморпорт" (RU)

Изобретение относится к области авиационной гидрометеорологии и может быть использовано для разведки ледовой обстановки. Сущность: в условиях низкой облачности выполняют разведку не менее чем двумя беспилотными летательными аппаратами. Причем ведущему летательному аппарату задают эшелон полета преимущественно над облаками, а ведомому - эшелон под нижней границей облачности. Для летательных аппаратов обеспечивают одинаковое генеральное направление движения и одинаковую среднюю скорость. Передачу изображений с ведомого летательного аппарата осуществляют через ведущий летательный аппарат, связанный радиоканалом с обеспечивающим судном. Технический результат: расширение функциональных возможностей в условиях низкой облачности. 3 з.п. ф-лы, 2 ил.

 

Изобретение относится к области определения гидрометеорологических характеристик с летательных аппаратов, а более конкретно - к способам авиаразведки характеристик ледовой обстановки, и может быть использовано в морских операциях, например, при ледокольной проводке транспортных судов.

Известен способ ледовой разведки, при котором с авиасредства регистрируют электромагнитное излучение от ледового покрова [1]. В этом способе измерения производятся в диапазоне радиочастот 5-200 кГц. По повышенной интенсивности излучения судят о механических напряжениях (сжатиях) в ледяном покрове.

Этот известный способ обладает низкими функциональными возможностями, поскольку не позволяет проводить комплексный анализ ледовой обстановки, включая распределение ледовых образований по акватории, их размеры, возраст, торосистость, заснеженность и другие характеристики.

Известен также способ ледовой авиаразведки, при котором на авиасредстве регистрируют изображение ледовой обстановки, например, с помощью радиолокационных станций бокового обзора (РЛС БО), и по радиоканалу передают это изображение на обеспечивающее судно [2]. Это существенно расширяет функциональные возможности, в частности позволяет определять распределение льдин и их размеры. Однако все требуемые для движения судов характеристики по-прежнему в этом способе определять не удается.

Прототипом заявляемого изобретения является способ, в котором получают изображение ледовой обстановки в оптическом и инфракрасном (ИК) диапазонах [3]. Это существенно дополняет функциональные возможности и позволяет по фото(видео)- и ИК-изображениям определять практически все требуемые характеристики ледового покрова.

Эти способы, как известно, реализуются с крупных дорогостоящих пилотируемых средств разведки, например - самолетов и вертолетов, либо с тем более дорогостоящих непилотируемых, например - искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Однако в условиях низкой облачности эти известные способы оказываются неприменимыми. В оптическом и ИК-диапазонах изображение ледовой обстановки не может быть получено, поскольку на штатных высотах полетов авиасредств «просмотр» через облака невозможен.

Техническим результатом заявляемого изобретения является расширение функциональных возможностей способа в условиях низкой облачности и снижение энергозатрат на проведение разведки.

В заявляемом способе ледовой авиаразведки используют некоторые известные существенные признаки аналогов и прототипа. В нем регистрируют с летательного аппарата изображение ледовой обстановки в различных спектральных диапазонах и передают это изображение на обеспечивающее судно.

Отличия заявляемого способа состоят в том, что в условиях низкой облачности разведку выполняют не менее чем двумя беспилотными летательными аппаратами (БПЛА), ведущему из которых задают эшелон полета преимущественно над слоем облаков, а ведомому - под нижней границей облачности, причем обеспечивают для этих летательных аппаратов одинаковое генеральное направление движения и одинаковую среднюю скорость по этому направлению. При этом передачу изображений с ведомого летательного аппарата осуществляют на обеспечивающее судно через ведущий летательный аппарат.

Отличия способа состоят также в том, что управление движением ведомого беспилотного летательного аппарата осуществляют с обеспечивающего судна через ведущий летательный аппарат.

Отличия состоят также в том, что движение ведомого летательного аппарата задают преимущественно поперечными галсами по отношению к генеральному направлению движения ведущего летательного аппарата, при этом длину поперечных галсов устанавливают не превышающей удвоенного предельного расстояния уверенной радиосвязи между обоими аппаратами, а скорость полета ведомого аппарата задают в соответствии с выражением:

,

где Vн - скорость ведомого летательного аппарата; Vв - скорость ведущего летательного аппарата; l - длина поперечного галса; L - расстояние между галсами; Тз - суммарное время зависания ведомого летательного аппарата над ледовыми объектами.

Отличия состоят также в том, что расстояние между поперечными галсами устанавливают в соответствии с выражением:

L=2kHtg(0,5β),

где Н - высота полета ведомого летательного аппарата; β - угол развертки изображения регистрирующей аппаратуры ведомого аппарата; k - задаваемый коэффициент перекрытия изображений.

Указанные отличия позволяют существенно расширить функциональные возможности способа в условиях низкой облачности (нижняя граница 50-100 м) за счет получения на обеспечивающем судне оперативных изображений ледовой обстановки в различных спектральных диапазонах, преимущественно в оптическом и ИК-диапазонах, по маршруту движения, и анализа подробностей рельефа в режиме зависания (при применении классических БПЛА вертолетного типа). Кроме того, в способе сильно снижаются энергозатраты на проведение разведки по сравнению с известными способами, где применяются пилотируемые летательные аппараты (самолеты, вертолеты).

Сущность изобретения пояснена чертежами. На фиг.1 схематически показан вариант движения ведущего и ведомого беспилотных летательных аппаратов в условиях низкой облачности. На фиг.2 приведен маршрут движения ведомого БПЛА поперечными галсами по отношению к генеральному направлению движения.

Способ реализуют следующим образом.

С обеспечивающего судна 1, например, лидирующего в транспортном караване ледокола, высылают по планируемому маршруту движения каравана два беспилотных летательных аппарата - ведущий аппарат 2, которому задают эшелон полета над слоем облаков 3, и ведомый аппарат 4, которому задают эшелон полета под нижней границей слоя облаков 3. Ведомый (нижний) аппарат 4 в пределах угла визирования 5 установленной на нем аппаратуры, например - видеокамеры, регистрирует изображения ледовых объектов 6. Наиболее целесообразно применение БПЛА вертолетного типа. В этом случае по команде с обеспечивающего судна, передаваемой по радиоканалу через ведущий летательный аппарат 2, ведомый аппарат 4 переходит в режим зависания, например, над зоной торосов 7 для анализа особенностей этой зоны специалистами на обеспечивающем судне 1.

Ввиду низкой высоты полета аппарата 4 прямая связь с судном 1 на больших удалениях (до 200 км и более) невозможна. Аппарат 2 выполняет роль управляемого с судна 1 рентранслятора связи, при этом движение аппарата 4 задают в пределах зоны 8 уверенной связи с аппаратом 2.

Движение аппарата 4 наиболее целесообразно задавать поперечными галсами 9 (фиг.2) по отношению к генеральному курсу 10. При этом расстояния между поперечными галсами устанавливают в соответствии с выражением:

L=2kHtg(0,5β),

где Н - высота полета ведомого летательного аппарата 4; β - угол 5 развертки изображения регистрирующей аппаратуры ведомого аппарата 4; k - задаваемый коэффициент перекрытия изображений;

а среднюю скорость движения аппарата 4 задают в соответствии с выражением:

,

где Vн - скорость ведомого летательного аппарата; Vв - скорость ведущего летательного аппарата; l - длина поперечного галса; L - расстояние между галсами; Тз - суммарное время зависания ведомого летательного аппарата над ледовьми объектами.

Генеральное направление движения 10 задают с обеспечивающего судна 1 в соответствии с планируемым маршрутом движения этого судна, например лидирующего ледокола и следующего за ним транспортного каравана. В частности, при выявлении на изображениях с аппарата 4 гряды или барьера торосов 7 задают генеральное направление 10 движения обоих аппаратов в направлении простирания торосов для определения возможностей облегченного преодоления ледоколом этой гряды или барьера.

В условиях сжатий ледового покрова выявление простирания торосов позволяет каравану выбрать оптимальный маршрут движения по отношению к вектору сжатий («спрятаться за зоной торосов»), что существенно экономит время, потребное для движения каравана, и энергозатраты лидирующего судна (ледокола).

Описанные отличия способа позволяют обеспечить технический результат - расширение функциональных возможностей при ледовой авиаразведке в условиях низкой облачности. Одновременно это позволяет снизить энергозатраты на проведение разведки.

Пример реализации способа. На обеспечивающем судне, например - лидирующем в караване ледоколе, размещены беспилотные летательные аппараты вертолетного типа, например российские БПЛА фирмы «ZALA» со следующими техническими характеристиками: крейсерская скорость 80 км/час, длительность полета до 6 часов соответственно, дальность проведения разведки до 200 км с учетом времени возврата на обеспечивающее судно.

При малой высоте полета БПЛА дальность уверенной связи с обеспечивающим судном (радиовидимость) составляет 20-30 км, т.е. почти на порядок меньше, чем возможная дальность разведки.

При этом следует отметить, что разведка на удалении 20-30 км дает очень мало информации. При скорости движения ледокола и соответственно - транспортного каравана в 8-10 узлов подобная разведка может давать «упреждение» всего лишь на 1-1,5 часа, что приводит к необходимости держать БПЛА в воздухе практически непрерывно. Как правило, это невозможно - необходима дозаправка, профилактика и т.д.

Кроме того, выбор облегченных условий движения каравана в условиях сжатий или преодоления гряд и барьеров торосов становится невозможным из-за столь малого упреждения.

В связи с этим для задач ледовой авиаразведки стратегического уровня (до 200 км и более) становится необходимым использование не менее двух беспилотных летательных аппаратов, как это предложено в заявляемом способе.

Два используемых БПЛА: аппарат с регистрирующей аппаратурой и аппарат-рентранслятор обеспечивают требуемую дальность стратегической разведки не менее 200 км и позволяют выявлять труднопроходимые зоны в ледовом покрове моря, тем самым по совокупности признаков существенно расширяют функциональные возможности в условиях низкой облачности.

При использовании летательных аппаратов для задач разведки ледовой обстановки необходима привязка данных к единой координатной сети. В условиях существования глобальной навигационной системы типа GPS это решается простыми приемами.

Обоснование существенности признаков. Как следует из описания, все включенные в формулу изобретения признаки являются необходимыми, а их неразрывная совокупность достаточна для достижения важного технического результата - расширения функциональных возможностей в условиях низкой облачности. При этом существенно снижаются энергозатраты на проведение разведки.

Обоснование изобретательского уровня. Известно применение летательных аппаратов-рентрансляторов для сбора информации о гидрометеорологических характеристиках. Например, автоматические дрейфующие гидрометеорологические станции, устанавливаемые на льду, передают информацию через низкоорбитальные спутники-рентрансляторы [4]. Однако в этом известном способе летательные аппараты-рентрансляторы летают по исходно заданным орбитам и не могут быть оперативно управляемы по командам, например, с движущегося судна.

Также известно, например [5], движение летательного аппарата в задачах ледовой разведки трещин галсами по отношению к некоторому направлению. Однако в этом известном способе галсы устанавливают по данным регистрации максимумов специфического электромагнитного излучения в окрестностях выявляемых трещин. Это не порочит примененных в заявляемом способе признаков.

Таким образом, по мнению заявителя и авторов предлагаемое техническое решение способа ледовой авиаразведки в своей неразрывной совокупности признаков является новым, явным образом не следует из уровня техники и позволяет получить важный технический результат - расширение функциональных возможностей в условиях низкой облачности и снижение энергозатрат на проведение разведки.

Источники информации

1. А.с. №1376769, SU, м. кл. G01W 1/00. Способ измерения механических напряжений в ледяном покрове моря. Авторы: И.А.Степанюк, Ю.М.Бацких. Приоритет 19.04.1985. Зарегистр. 22.10.1987. - ДСП.

2. Исследование ледяного покрова с помощью радиолокационных станций бокового обзора (РЛС БО). - Л.: Гидрометеоиздат, 1983. - С.6-9.

3. Царев В.А., Коровин В.П. Неконтактные методы измерений в океанологии. - СПб.: Изд. РГГМУ, 2005. - С.63-67, 108-109 (прототип).

4. Ковчин И.С., Степанюк И.А. Методы специальных океанологических измерений - СПб.: Изд. РГГМУ, 2002. - С.42-46.

5. А.с. №1151107, SU, м. кл G01V 3/16. Способ ледовой аэроэлектроразведки трещин в ледяном покрове. Авт.: И.А.Степанюк, Ю.М.Бацких. Приоритет от 27.12.1983 г., зарегистр. 15.12.1984. - ДСП.

1. Способ разведки ледовой обстановки с авиасредств, при котором с авиасредств разведки передают на обеспечивающее судно по радиоканалу связи изображение ледовой обстановки в различных спектральных диапазонах, отличающийся тем, что в условиях низкой облачности разведку выполняют не менее чем двумя беспилотными летательными аппаратами, ведущему из которых задают эшелон полета преимущественно над облаками, а ведомому - эшелон под нижней границей облачности, при этом обеспечивают для этих летательных аппаратов одинаковое генеральное направление движения и одинаковую среднюю скорость, а передачу изображений с ведомого летательного аппарата осуществляют через ведущий летательный аппарат, связанный постоянно функционирующим радиоканалом с обеспечивающим судном.

2. Способ разведки ледовой обстановки с авиасредств по п.1, отличающийся тем, что для ведомого беспилотного летательного аппарата обеспечивают управление движением с обеспечивающего судна через ведущий летательный аппарат.

3. Способ разведки ледовой обстановки с авиасредств по п.1, отличающийся тем, что движение ведомого беспилотного летательного аппарата задают преимущественно поперечными галсами по отношению к генеральному направлению движения ведущего летательного аппарата, при этом длину поперечных галсов устанавливают не превышающей удвоенного предельного расстояния уверенной радиосвязи между обоими аппаратами, а скорость полета ведомого аппарата задают в соответствии с выражением: ,
где Vн - скорость ведомого летательного аппарата; Vв - скорость ведущего летательного аппарата; l - длина поперечного галса; L - расстояние между галсами; Тз - суммарное время зависания ведомого летательного аппарата над ледовыми объектами.

4. Способ разведки ледовой обстановки с авиасредств по п.3, отличающийся тем, что расстояния между поперечными галсами устанавливают в соответствии с выражением L=2kHtg(0,5β),
где Н - высота полета ведомого летательного аппарата; β - угол развертки изображения штатной аппаратуры ведомого летательного аппарата; k - требуемый коэффициент перекрытия изображений.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к способам исследований ледяного покрова акваторий и может быть использовано для определения ширины трещин с открытой водой. .

Изобретение относится к способу коррекции результатов измерений влажности радиозондом относительно погрешностей, являющихся следствием радиационного теплообмена.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения направления и скорости потока газа или жидкости. .

Изобретение относится к области метеорологии и мониторингу окружающей среды и может быть использовано для исследования и контроля параметров атмосферы, земной поверхности и океана.

Изобретение относится к области технических средств, используемых для активных воздействий на облака и облачные системы с целью искусственного увеличения осадков и предотвращения градобития.

Изобретение относится к метеорологии и мониторингу окружающей среды и может найти применение при исследовании и контроле параметров атмосферы, земной поверхности и океана в любой точке земного шара.

Изобретение относится к области экологии и метеорологии и может быть использовано при техногенных катастрофах, сопровождаемых вредными выбросами в атмосферу. .

Изобретение относится к метеорологии и мониторингу окружающей среды и может найти применение при исследовании и контроле параметров атмосферы, земной поверхности и океана в любой точке земного шара.
Изобретение относится к области экологии и может быть использовано при проведении мониторинга окружающей среды
Изобретение относится к области экологических исследований и может быть использовано при мониторинге окружающей среды
Изобретение относится к области метеорологии, а именно к получению водорода, предназначенного для наполнения оболочек для проведения радиозондовых измерений различных параметров атмосферы

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для диагностики конвективных опасных метеорологических явлений (гроза, град, шквал, ливень)
Изобретение относится к области дистанционного зондирования ледяного покрова и может быть использовано для обнаружения айсбергов. Сущность: получают спутниковые радиолокационные снимки. Выделяют зоны аномального значения радиолокационного сигнала, сравнивая его с эталонным значением. Одновременно на изображении, полученном в оптическом диапазоне длин волн, определяют положение теней. В случае совпадения аномалий на радиолокационном снимке с соответствующими тенями на изображении, полученном в оптическом диапазоне длин волн, аномалии идентифицируют как айсберги. Через некоторое время повторяют описанные процедуры и прогнозируют траекторию движения айсберга, например, путем экстраполяции его положения на время, равное приему информации из следующего сеанса. После этого сравнивают наблюдаемое положение айсберга с прогнозируемым. При совпадении прогнозируемой траектории движения и отмеченной по данным наблюдений принимают окончательное решение о наличии айсберга. Технический результат: повышение достоверности определения айсбергов. 1 з.п.ф-лы.

Изобретение относится к измерительным океанографическим приборам, предназначенным для определения характеристик окружающей среды, преимущественно - пограничного слоя атмосферы и океана. Технический результат - повышение точности определения параметров заданного пограничного слоя приводной среды. Сущность: радиозонд-буй содержит: газонаполненную оболочку 1, к которой посредством стропа 2 прикреплен приборный блок, который включает в себя электрически соединенные верхний приборный блок (контейнер) 3, закрепленный вверху стропа 2, преимущественно вблизи оболочки 1, и нижний приборный блок (контейнер) 4, прикрепленный к нижнему концу стропа 2. Зонд содержит крыло 5, закрепленное на стропе, преимущественно, в верхней его части, под верхним приборным блоком 3. Крыло 5 установлено так, что его положение зафиксировано относительно оси натянутого стропа 2 - строп проходит сквозь крыло, крыло снизу и сверху зафиксировано растяжками 6. Крыло 5 может быть выполнено в виде одной аэродинамической поверхности заданной формы, или в виде нескольких аэродинамических поверхностей, закрепленных друг под другом. Нижний приборный блок 4 может содержать один конструктивный элемент - например, может быть выполнен в виде одного плавучего приборного контейнера обтекаемой формы, или может содержать несколько конструктивных элементов, соединенных гибкой связью, - например, может быть выполнен в виде погруженной в воду приборной "косы" (гирлянды измерителей) или в виде соединенных кабель-тросом нескольких плавучих приборных контейнеров обтекаемой формы. Зонд-буй обеспечивает очень важное в океанографии свойство - автоматическое ограничение по высоте его свободного дрейфа, а также увеличение скорости дрейфа; максимальное приближение скорости дрейфа к скорости ветра, что дает возможность проводить исследования параметров среды с высокой точностью, особенно - в случае применения лагранжевой методики измерений. Он способен передавать информацию из районов ураганов, где нахождение судов нежелательно, но в которых исследование турбулентного пограничного слоя океан/атмосфера представляет большой научный интерес. 4 ил.

Устройство для обнаружения аэрозолей содержит летательный аппарат, имеющий диэлектрический элемент, такой как окно (10), размещенный в его корпусе (12), так что поверхность диэлектрического элемента образует часть наружной поверхности летательного аппарата. Средство обнаружения (16), такое как устройство для контроля статического электричества, расположено внутри летательного аппарата и предназначено для обнаружения электрического поля, возникающего в результате поляризации диэлектрического элемента внутри летательного аппарата. Выходные данные устройства для контроля статического электричества или их скорость изменения характеризуются тесным соотношением с концентрацией частиц, когда летательный аппарат пролетает через аэрозоль, например облако вулканического пепла. Технический результат заключается в упрощении конструкции устройства, а также в том, что может использоваться любой летательный аппарат общего назначения. Аэрозольные частицы можно обнаружить и наносить на карту при помощи устройства в соответствии с настоящим изобретением более простым и быстрым способом, чем посредством таких устройств, как оптические спектрометры, установленные на специальных исследовательских летательных аппаратах, или устройства для контроля статического электричества, установленные снаружи летательного аппарата. 2 н. и 13 з.п. ф-лы, 6 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для указания параметров ветра при посадке летательного аппарата. Сущность: устройство развертывается вдоль воздушной траектории по направлению к поверхности земли, например, после сброса с летательного аппарата в полете. Устройство включает в себя анемометр, высотомер, компас, процессор и передатчик. Анемометр получает измерения локальной скорости ветра и локального направления ветра вдоль траектории. Высотомер получает измерения высоты вдоль траектории. Компас получает измерения направления вдоль траектории. Процессор определяет значения скорости и направления ветра, ассоциированные с предопределенной высотой устройства. Передатчик передает определенное значение скорости ветра и значение направления ветра к удаленно расположенному приемнику. Технический результат: измерение параметров ветра. 3 н. и 24 з.п. ф-лы, 5 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для измерения пространственных распределений параметров атмосферы. Сущность: система включает летательный аппарат (2) с измерительной аппаратурой (4) на борту, устройство (1) для транспортировки летательного аппарата в виде шара-зонда или аэростата, а также устройство управления полетом летательного аппарата. Измерительная аппаратура (4), установленная на борту летательного аппарата (2), соединена при помощи линии связи с наземной станцией (3). Скорость снижения летательного аппарата, при которой обеспечивается оптимальный режим измерения параметров атмосферы, рассчитывают с учетом плотности воздуха и характеристик летательного аппарата. Технический результат: возможность проведения измерений на высотах до 30 км и более, повышение сохранности измерительной аппаратуры. 4 з.п. ф-лы, 6 ил., 4 табл.
Изобретение относится к метеорологии, а именно к способам обнаружения штормовой погоды в океане. Согласно способу обнаружения шторма в океане со спутника облучают поверхность океана оптическим излучением и принимают отраженный сигнал. При этом площадь наличия шторма определяют по соотношению мощности всего отраженного спектра «белого» излучения и узкополосных участков ближней инфракрасной области с длиной волны 0,72; 0,82; 0,93; 1,13 микрометров. Технический результат - упрощение определения штормовых зон в океане.
Наверх