Устройство для измерения параметров морских волн

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метеорологии, навигации, океанографических исследованиях, мореходных испытаниях судов и гидросамолетов для оценки силы волнения морских волн, в автоматизированных системах посадки самолетов-амфибий на водную поверхность в ночное и дневное время. Устройство содержит последовательно включенные антенну 1, приемопередатчик 2, усилитель 3 доплеровского сигнала, аналого-цифровой преобразователь 4 и вычислитель 5, второй вход которого соединен с входом 6 устройства, а первый выход - с управляющим входом приемопередатчика. Кроме того, устройство оснащено индикатором (дисплеем) 7, вход которого соединен со вторым выходом вычислителя 5. Технический результат: сокращение аппаратурной части, упрощение, повышение надежности, повышение быстродействия и точности расчета. 1 ил.

 

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метеорологии, навигации, океанографических исследованиях, мореходных испытаниях судов и гидросамолетов для оценки силы волнения морских волн, в автоматизированных системах посадки самолетов-амфибий на водную поверхность в ночное и дневное время.

Известны устройства для определения параметров морских волн, защищенные патентами РФ №416563, кл. G01C 13/00, 1971 г., №349683, кл. G01C 13/00, 1974 г., содержащие приемник гидростатического давления с электропреобразователем, нуль-орган, схему сравнения, генератор времени, усредняющий фильтр и индикатор.

Работа этих устройств основана на контактном преобразовании давления морских волн в электрический сигнал и дальнейшем измерении параметров этого сигнала.

Признаками, общими с признаками заявляемого устройства, у этих устройств являются усредняющий фильтр и индикатор.

Причиной, препятствующей достижению в этих устройствах технического результата, обеспечиваемого изобретением, является довольно узкая область применения, обусловленная необходимостью контактного преобразования давления морских волн в электрический сигнал.

Известно также устройство для измерения параметров морских волн, защищенное патентом РФ №726422, кл. G01C 13/00, 1977 г., содержащее приемопередатчик с антенной, нуль-орган, схему сравнения, генератор времени, усредняющий фильтр и индикатор.

В этом устройстве контактное преобразование морских волн заменено бесконтактным с помощью приемопередатчика.

Признаками этого аналога, общими с признаками заявляемого устройства, являются приемопередатчик с антенной, усредняющий фильтр и индикатор.

Причинами, препятствующими достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются ограниченность области измеряемых параметров и относительно низкая точность их измерения. Следует отметить, что эти недостатки присущи и устройствам, защищенным патентами РФ №№416563 и 549683.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является устройство для измерения параметров морских волн, защищенное патентом РФ №2036429, кл. G01C 13/00, 1990 г. Оно содержит приемопередатчик с антенной, усилитель доплеровского сигнала, индикатор и автокоррелятор, включающий в себя смеситель, линию задержки с отводами, коммутатор, усредняющий фильтр, компаратор, генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифратор и управляющий ключ.

Признаками, общими с признаками заявляемого устройства, у устройства-прототипа являются приемопередатчик с антенной, усилитель доплеровского сигнала и индикатор.

Работа прототипа основана на облучении морской поверхности радиоимпульсами с постоянными параметрами, выделении из радиолокационного (отраженного от морской поверхности) сигнала доплеровской составляющей, обусловленной скоростью перемещения морских волн, определении автокорреляционной функции этой составляющей и измерении времени спадания этой функции от максимального значения до нуля. Это время характеризует степень волнения моря и в принципе может быть пересчитано в баллы по шкале Бофорта. Время спадания автокорреляционной функции от максимального значения до нуля отображается на индикаторе.

Причинами, препятствующими достижению в устройстве-прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются относительно низкие точность, быстродействие и надежность прототипа. Это обусловлено тем, что автокоррелятор выполнен аналоговым и содержит достаточно большое число элементов, что делает его сложным, а следовательно, и отрицательно сказывается на его надежности. Само по себе аналоговое выполнение автокоррелятора не позволяет реализовать высокую точность расчета корреляционной функции, а наличие аналогового блока, выполняющего функцию усредняющего фильтра, требует на реализацию этой функции значительных затрат времени.

Еще одной причиной, препятствующей достижению в прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются достаточно ограниченные функциональные возможности прототипа. Он позволяет определить лишь автокорреляционную функцию доплеровской составляющей отраженного от морской поверхности сигнала и время спадания этой функции от максимума до нулевого уровня. Это время собственно и является результатом измерения и отражается на индикаторе. Оно недостаточно полно характеризует морское волнение. Для более полной характеристики волнения морской поверхности желательно иметь полную автокорреляционную функцию доплеровской составляющей отраженного от морской поверхности сигнала, а также ее спектр и закон распределения. Получить эти характеристики устройство-прототип не позволяет.

Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение и расширение функциональных возможностей устройства, а также повышение его быстродействия, точности и надежности.

Для достижения указанного технического результата в известное устройство для измерения параметров морских волн, содержащее приемопередатчик с антенной, усилитель доплеровского сигнала, вход которого соединен с выходом приемопередатчика, и индикатор, введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом усилителя доплеровского сигнала, и вычислитель, второй вход которого является входом устройства, первый выход соединен с управляющим входом приемопередатчика, а второй выход - со входом индикатора.

Отсутствуют какие-либо источники информации, в которых вновь введенные элементы были бы описаны в совокупности с остальными элементами заявляемого устройства. Поэтому предлагаемое устройство следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема заявляемого устройства.

Устройство содержит последовательно включенную антенну 1, приемопередатчик 2, усилитель 3 доплеровского сигнала, аналого-цифровой преобразователь 4 и вычислитель 5, второй вход которого соединен со входом 6 устройства, а первый выход - с управляющим входом приемопередатчика. Кроме того, устройство оснащено индикатором (дисплеем) 7, вход которого соединен со вторым выходом вычислителя 5.

Работа устройства состоит в следующем.

Приемопередатчик 2 генерирует и излучает через антенну 1 в направлении морской поверхности радиоимпульсы зондирующего сигнала с заданными параметрами. Параметры зондирующего сигнала (мощность, длительность, скважность, несущая частота) вырабатываются вычислителем 5 в соответствии с высотой полета носителя устройства, код которой поступает на вход 6 устройства. Выработанные вычислителем 5 заданные параметры зондирующего сигнала поступают с его первого выхода на управляющий вход приемопередатчика 2.

Отражаясь от морской поверхности, излученный зондирующий сигнал превращается в эхо-сигнал, имеющий случайный характер. Он принимается антенной 1 и поступает в приемник приемопередатчика 2, где из него выделяется доплеровская составляющая, обусловленная скоростью перемещения морских волн. Эта составляющая с выхода приемника приемопередатчика 2 поступает на вход усилителя 3. В усилителе 3 поступивший на его вход сигнал дополнительно фильтруется (из него выделяются только доплеровские частоты), усиливается и поступает на вход преобразователя 4.

В преобразователе 4 аналоговый доплеровский сигнал преобразуется в цифровую форму (квантуется), то есть преобразуется в последовательность отстоящих друг от друга по времени t на шаг квантования Δt цифровых кодов, соответствующих уровням отстоящих на этот шаг входного аналогового сигнала. Шаг Δt квантования в соответствии с теоремой Котельникова выбирается из условия:

Δ t 1 2 F max ,

где Fmax - максимальная частота в спектре доплеровского сигнала.

С выхода преобразователя 4 преобразованный в последовательность цифровых кодов доплеровский сигнал поступает на вход вычислителя 5.

В вычислителе 5 рассчитывается гистограмма распределения численных значений поступивших на его вход цифровых кодов, соответствующая плотности распределения вероятностей текущего уровня x(t) доплеровского сигнала (закону распределения).

Кроме того, в вычислителе 5 рассчитывается автокорреляционная функция Rx:(τ) доплеровского сигнала x(t). Расчет ведется в соответствии с уравнением:

R x ( τ ) = x ( t ) x ( t + τ ) ¯ ,

где τ - аргумент автокорреляционной функции, то есть временная задержка между исследуемым сигналом и его копией.

Черта над произведением x(t)·x(t+τ) означает его усреднение.

В вычислителе 5 рассчитывается также спектр (спектральная плотность) Sx(ω) доплеровского сигнала x(t), связанный с корреляционной функцией Rx(τ) преобразованием Фурье:

S x ( ω ) = 0 R x ( τ ) j ω τ d τ

Устройство достаточно легко реализуемо.

В качестве вычислителя 5 может служить бортовой компьютер носителя устройства. Результаты расчета могут быть получены как в виде таблиц, так и в виде графиков. Они выносятся на индикатор 7, в качестве которого может быть использован дисплей, с помощью которого осуществляется программирование и отладка программ, реализующих описанные расчеты. В качестве остальных элементов устройства могут быть использованы те же элементы, что и в устройстве-прототипе.

Нетрудно видеть, что в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом значительно сокращена аппаратурная часть, так как аналоговое исполнение автокоррелятора заменено дополнительным программированием компьютера, который, как правило, уже входит в состав носителя устройства. Сокращение аппаратурного состава устройства значительно упрощает его и повышает его надежность. Кроме того, это повышает быстродействие и точность расчета автокорреляционной функции, так как компьютер, работая с сигналами в цифровой форме, позволяет выполнить все расчеты быстрее и точнее, чем аналоговый автокоррелятор, реализованный на физических блоках (смеситель, линия задержки с отводами, коммутатор, усредняющий фильтр, управляемый ключ, компаратор, счетчик импульсов, дешифратор). Очевидно также, что функциональные возможности заявляемого устройства значительно шире, чем у устройства-прототипа, так как оно позволяет определить не только время спадания корреляционной функции от максимума до нуля, а и всю корреляционную функцию. Кроме того, оно позволяет определить и отразить на экране дисплея как корреляционную функцию, так и закон распределения и спектр доплеровского сигнала.

Устройство для измерения параметров морских волн, содержащее приемопередатчик с антенной, усилитель доплеровского сигнала, вход которого соединен с выходом приемопередатчика, и индикатор, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом усилителя доплеровского сигнала, и вычислитель, второй вход которого является входом устройства, первый выход соединен с управляющим входом приемопередатчика, а второй выход - со входом индикатора.



 

Похожие патенты:

Устройство определения дальности до ионосферы может быть использовано в загоризонтных радиолокаторах и для исследования состояния воздушного слоя Земли. Достигаемый технический результат - увеличение точности определения дальности без уменьшения достоверности обнаружения.

Изобретение относится к области радиолокационной метеорологии и может быть использовано на практике для раннего обнаружения таких атмосферных циклонических вихрей, как торнадо и смерчи некогерентным радаром.

Использование: изобретение относится к методам определения параметров волнения водной поверхности и может быть использовано в метеорологии и океанологии для мониторинга состояния приповерхностного слоя Мирового океана.

Изобретение относится к метеорологии и может быть использовано в автоматизированных системах определения опасных для авиации явлений погоды, а также в других областях человеческой деятельности.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в качестве переносного дистанционного измерителя толщины слоя нефти на поверхности воды. .

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в аэрологических радиозондах (АРЗ) систем радиозондирования атмосферы для измерения дальности до радиозонда импульсным методом, пеленгации по угловым координатам и передачи телеметрической информации на одной несущей частоте, также может быть использовано для построения высокостабильных и экономичных сверхрегенеративных приемо-передающих устройств систем радиолокации и связи.
Изобретение относится к области морской гидрометеорологии и может быть использовано при определении дрейфа морских льдов. .

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным методам определения параметров морского волнения, и может быть использовано в метеорологии и океанологии для дистанционного мониторинга состояния приповерхностного слоя океанов со спутника.

Предлагаемое изобретение может быть использовано для радиозондирования ионосферы, определения интенсивности ионосферных неоднородностей и пеленгации искусственных ионосферных образований. Достигаемый технический результат - повышение точности определения полного электронного содержания в условиях диффузности и получение информации о состоянии ионосферы в заданном направлении. Указанный результат достигается тем, что принимают электромагнитные сигналы от каждого навигационного спутника (НС), при этом в двухчастотном приемнике формируются вектора оценки цифровых сигналов, соответствующие каждому из j=1…m видимых навигационных спутников, затем на основе фазовых времен распространения τф1,2(tk) вычисляют фазовые пути сигнала Дф1,2(tk)=сτф1,2(tk) для каждого из j=1…m видимых НС, определяют полное электронное содержание ионосферы I, математическое ожидание полного электронного содержания ионосферы и среднеквадратическое отклонение полного электронного содержания ионосферы σΔI, затем определяют значение интенсивности неоднородностей ионосферы, затем сравнивают полученные значения интенсивности неоднородностей ионосферы βи j с пороговым βи пор значением, определяют все линии прохождения сигнала, на которых определена повышенная (βи j≥βи пор) интенсивность неоднородностей ионосферы, формируют признак наличия искусственного ионосферного образования, по информации, содержащейся в навигационных сообщениях и координатам размещения двухчастотного приемника определяют пеленги на начало и конец искусственного ионосферного образования. 3 ил.

Изобретение предназначено для систем радиозондирования с ускоренной передачей телеметрической информации с борта аэрологического радиозонда (АРЗ) на наземную радиолокационную станцию (РЛС). Достигаемый технический результат - повышение надежности приема телеметрической информации, передаваемой с борта АРЗ на наземную РЛС, повышение точности измерения информации, передаваемой с борта АРЗ на наземную РЛС, получение дополнительных характеристик измеряемых параметров атмосферы, например турбулентности атмосферы, снижение времени передачи информации. Указанный результат достигается за счет того, что система содержит АРЗ и базовую станцию - РЛС, при этом в состав АРЗ введен блок предполетной подготовки АРЗ, состоящий из пульта предполетной подготовки и блока контроля и записи параметров АРЗ, причем пульт предполетной подготовки АРЗ через блок контроля и записи параметров АРЗ соединен двунаправленной шиной Ml со входами микроконтроллера АРЗ; в состав РЛС введены блок декодирования пакетной телеинформации и блок вторичной обработки телеинформации и выдачи сигналов метеопараметров атмосферы, причем однонаправленная шина М2 приемопередающего устройства РЛС соединена через блок декодирования пакетной телеинформации с блоком вторичной обработки телеинформации и выдачи метеопараметров атмосферы, выход которого является выходом системы. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к радиофизическим методам исследования ионосферы и предназначено для определения пространственного распределения ионосферных неоднородностей радарным методом с помощью ЛЧМ ионозонда-радиопеленгатора. Технический результат состоит в повышении точности определения пространственного распределения мелкомасштабных неоднородностей электронной концентрации, обеспеченном повышением частоты зондирования до величины, превышающей критическую частоту ионосферного F-слоя, для детектирования сигналов, рассеянных ионосферными неоднородностями с высоким частотно-временным разрешением, и позиционирования места расположения неоднородностей. Для этого способ включает зондирование ионосферы широкополосным ЛЧМ-сигналом, прием излученного ЛЧМ-сигнала синхронно с его передачей, измерение дистанционно-частотных (ДЧХ) и угловых частотных (УЧХ) характеристик всех принятых сигналов (прямых и рассеянных неоднородностями ионосферы), затем на основе ионосферной модели и измеренных ДЧХ и УЧХ проводят расчеты характеристик прямого сигнала, распространяющегося по дуге большого круга между передатчиком и приемником, корректируют ионосферную модель до совпадения измеренных и расчетных характеристик прямого сигнала, после чего для скорректированной ионосферной модели и данных измерений ДЧХ и УЧХ рассеянного сигнала проводят расчеты характеристик рассеянного сигнала до совпадения измеренных и расчетных данных и по ним определяют пространственное распределение ионосферных неоднородностей. 4 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения прозрачности атмосферы. Сущность: осуществляют посылку в неоднородную атмосферу световых импульсов малой длительности. Принимают эхо-сигналы. Обеспечивают коррекцию эхо-сигналов на геометрический фактор лидара. Накапливают скорректированные сигналы в течение заданного промежутка времени в зависимости от общей протяженности исследуемого участка. При этом световые импульсы отклоняют не менее чем в двух точках трассы зондирования в обратном направлении. Для определения прозрачности атмосферы измеряют эхо-сигналы импульсов в одной и той же точке трассы зондирования до и после отклонения. Определяют коэффициент ослабления атмосферы по принятым и накопленным эхо-сигналам. Технический результат: повышение точности определения коэффициента ослабления атмосферы. 1 ил.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно предназначено для определения скорости ветра над морской поверхностью. Технический результат - обеспечение возможности учитывать вклад поверхностного течения в уровень отраженных водной поверхностью радиосигналов, что повышает точность определения скорости ветра. Сущность: установленным на космическом аппарате радиоальтиметром облучают водную поверхность, регистрируют отражённый назад сигнал, по фронту радиоимпульса определяют значимую высоту поверхностных волн, по времени прохождения сигнала до поверхности и обратно определяют крупномасштабный рельеф поверхности, по нему рассчитывают поле поверхностного течения, и определяют скорость ветра по величине отраженного назад сигнала с учётом значимой высоты волн и влияния поля течения на величину отражённого назад сигнала.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно предназначено для определения уровня морской поверхности вдоль трассы космического аппарата. Технический результат - повышение точности определения уровня морской поверхности за счет увеличения числа определяемых параметров, характеризующих состояние водной поверхности. Сущность: на расположенном на космическом аппарате радиолокаторе формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, облучают морскую поверхность в надир и регистрируют отраженный радиоимпульс. По наклону переднего фронта отраженного радиоимпульса определяют значимую высоту волн и расчетным путем определяют расстояние от источника облучения до уровня невозмущенной морской поверхности. Дополнительно морскую поверхность зондируют при ненулевых углах падения, регистрируют отраженный сигнал и определяют скорость приводного ветра. С помощью волновой модели определяют длину и фазовую скорость доминантных волн. Определяют асимметрию и эксцесс распределения возвышений морской поверхности. С учетом значимой высоты волн, асимметрии и эксцесса корректируют полученное значение расстояния от источника облучения до уровня невозмущенной морской поверхности. 1 ил.

Изобретение относится к области георадиолокационных исследований и может быть использовано для прогнозирования гидрологической обстановки на затороопасных участках реки. Сущность: строят модель исследуемого разреза на основе электрофизических данных. На выбранных затороопасных участках реки в летний период проводят георадарное исследование геометрии дна и распределения мощности донных отложений. В предпаводковый период георадарными исследованиями определяют мощность снежного покрова бассейна реки, а также строение и толщину ледяного покрова реки. Путем совмещения полученных георадарных данных прогнозируют гидрологическую обстановку на затороопасных участках реки. Технический результат: прогнозирование гидрологической обстановки на затороопасных участках реки.

Изобретение предназначено для измерения толщины льда и основано на принципе радиолокации с периодической дискретной частотной модуляцией зондирующих радиоволн. Достигаемый технический результат - уменьшение погрешности измерения толщины льда и увеличение достоверности определения свойств среды подо льдом при одновременном уменьшении времени определения толщины льда и увеличении допустимой скорости перемещения по льду. Сущность изобретения заключается в измерении времени распространения электромагнитных волн (ЭВ) до поверхности и в слое льда и сравнении амплитуд и фаз слагаемых спектра сигнала разностной частоты, соответствующих верхней и нижней поверхностям с учетом толщины слоя льда и затухания ЭВ. Различие в коэффициентах затухания ЭВ в слоях льда на разных водоемах учитывают предварительной калибровкой устройства, которую выполняют при неподвижном начальном положении носителя устройства и наличии воды подо льдом, путем подбора частотно-зависимой функции преобразования сигнала разностной частоты (СРЧ) в устройстве, до выравнивания амплитуд пиков спектра СРЧ, соответствующих отражению ЭВ от верхней и нижней поверхностей льда, при этом число дискретных отсчетов частоты и СРЧ дискретно уменьшают пропорционально измеренной толщине льда при сохранении неизменным диапазона частотной модуляции. Устройство, реализующее способ, выполнено на основе радиодальномера. Особенностями устройства является регулируемая частотно-зависимая функция преобразования СРЧ и наличие устройства получения эталонного сигнала. 3 н. и 20 з.п. ф-лы, 8 ил.

Изобретение относится к радиотехнике, электросвязи, радиолокации и может быть использовано в системах диагностики плазменных явлений в ионосфере Земли. Достигаемый технический результат - получение ионограммы за интервал времени значительно меньше 1 секунды. Указанный результат достигается за счет того, что в способе получения ионограммы на каждом такте зондирования радиоимпульс излучают в виде пакета дискретно-частотного сигнала (ДЧС), представляющего собой последовательность N следующих непрерывно один за другим импульсов разной частоты и одинаковой длительности из заданной сетки фиксированных частот зондирования, далее принимают и измеряют параметры отраженного радиосигнала в течение времени распространения от излучателя к приемнику одновременно и независимо на каждой из N частот пакета ДЧС, затем производят перестройку частот ДЧС на новый пакет частот ДЧС из сетки фиксированных частот зондирования, и производят излучение и прием отраженного сигнала на новом пакете ДЧС, далее последовательно осуществляют переборку частот сетки фиксированных частот зондирования новыми пакетами ДЧС на каждом такте зондирования до полной переборки всех частот в сетке частот зондирования за интервал времени ΔTДЧС=ΔT/N, где ΔT - стандартное время получения ионограммы. 4 ил.

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения прозрачности атмосферы. Сущность: осуществляют посылку в неоднородную атмосферу световых импульсов малой длительности. Принимают эхо-сигналы. Обеспечивают коррекцию эхо-сигналов на геометрический фактор лидара. Накапливают скорректированные сигналы в течение заданного промежутка времени. При этом световые импульсы посылают не менее чем из двух точек пространства по трассам зондирования, пересекающим заданный участок атмосферы. Посланные импульсы отклоняют в заданных точках трасс зондирования в обратном направлении. Измеряют эхо-сигналы импульсов до и после отклонения в одних и тех же точках трасс зондирования, включая точки пересечения трасс зондирования с заданным участком атмосферы. Определяют характеристики неоднородной атмосферы по принятым, скорректированным и накопленным эхо-сигналам до и после отклонения световых импульсов. Технический результат: повышение точности определения коэффициента ослабления атмосферы. 1 ил.

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метеорологии, навигации, океанографических исследованиях, мореходных испытаниях судов и гидросамолетов для оценки силы волнения морских волн, в автоматизированных системах посадки самолетов-амфибий на водную поверхность в ночное и дневное время. Устройство содержит последовательно включенные антенну 1, приемопередатчик 2, усилитель 3 доплеровского сигнала, аналого-цифровой преобразователь 4 и вычислитель 5, второй вход которого соединен с входом 6 устройства, а первый выход - с управляющим входом приемопередатчика. Кроме того, устройство оснащено индикатором 7, вход которого соединен со вторым выходом вычислителя 5. Технический результат: сокращение аппаратурной части, упрощение, повышение надежности, повышение быстродействия и точности расчета. 1 ил.

Наверх