Способ дистанционного определения скорости приводного ветра

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 скорости ветра над морской поверхностью.

В настоящее время общепризнано, что определение скорости ветра средствами дистанционного зондирования является единственной возможностью получения в глобальном масштабе информации о поле ветра над морской поверхностью. В основе радиолокационного определения скорости приводного ветра лежит простая и наглядная схема: ветер изменяет шероховатость морской поверхности - изменение шероховатости приводит к изменению уровня рассеянного назад радиосигнала Предполагается, что сечение обратного рассеяния σ связано со скоростью ветра W функциональной зависимостью

Определение вида этой функциональной зависимости (калибровка установленных на космических аппаратах радиолокаторов как измерителей скорости ветра) осуществляется путём сопоставления данных радиолокационных измерений и прямых измерений скорости ветра, выполняемых с метеорологических буёв или судов. В качестве оценки точности спутниковых измерений обычно используется среднеквадратическая погрешность между значениями скорости ветра, определенными по данным радиолокационных измерений, и значениями скорости, измеренными с буев. Достигнутая точность составляет примерно 1.7 м/с [1]. Она была получена уже в первых алгоритмах, где в качестве единственного предиктора использовалось сечение обратного рассеяния, и для однопараметрических моделей не улучшена до сих пор.

Кроме ветра существует еще ряд физических факторов, влияющих на уровень шероховатости морской поверхности - это поверхностные течения, загрязнения, изменения стратификации приводного слоя атмосферы и так далее. Ограничение предельной точности дистанционного определения скорости приводного ветра обусловлено тем, что одной и той же его скорости ветра могут соответствовать структуры морской поверхности с разными характеристиками [2, 3]. Естественным путём повышения точности определения скорости приводного ветра является увеличение числа определяемых параметров, характеризующих состояние морской поверхности.

Известен однопараметрический способ определения скорости приводного ветра [4] с помощью радиолокационного альтиметра. В этом способе скорость ветра определяется по уровню отраженного назад водной поверхностью радиосигнала. Этот признак является сходным с признаком заявленного изобретения. Однако уровень отраженного сигнала является единственным параметром, на основе которого в приведенном аналоге определяется скорость. Это обусловливает недостаточную точность определения скорости ветра таким методом вследствие влияния на уровень шероховатости отражающей водной поверхности физических факторов, слабо коррелированных со скоростью ветра, таких, как поверхностное течение.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является дистанционный способ измерения скорости приводного ветра [5], основанный на использовании характеристик радиосигнала, получаемого при зондировании поверхности моря в надир, реализованный с помощью радиолокационных альтиметров. Следующие признаки прототипа совпадают с существенными признаками заявленного изобретения: облучение морской поверхности в надир, регистрация отражённого сигнала, расчёт по крутизне переднего фронта отраженного радиосигнала значимой высоты волны [6], определение скорости ветра по уровню рассеянного назад сигнала с учётом значимой высоты волны.

Недостатком прототипа является ограниченная точность измерений скорости ветра из-за фактора влияния поверхностного течения на поверхностные волны. Короткие ветровые волны являются основными элементами морской поверхности, формирующими отраженный от неё радиосигнал. Эти волны под воздействием течения изменяют свои характеристики, что приводит к изменению характеристик отраженного сигнала. Соответственно одной и той же скорости приводного ветра в присутствии или в отсутствии поверхностного течения будут соответствовать разные уровни отраженного водою излучения, что приводит к погрешности определения скорости ветра.

Физический механизм воздействия течений на спектр короткопериодных поверхностных волн, которые являются основными рассеивателями электромагнитного излучения для средств дистанционного зондирования, изучен достаточно хорошо (например, [7]). Получены аналитические выражения, описывающие изменение энергии отдельных спектральных составляющих в зависимости от скорости и направления течения.

В основу изобретения поставлена задача создания способа дистанционного определения скорости ветра над акваторией по уровню отраженных водной поверхностью радиосигналов, которому присуще новое техническое свойство - увеличение числа определяемых параметров, характеризующих состояние водной поверхности. За счет этого обеспечивается технический результат изобретения - возможность учитывать вклад поверхностного течения в уровень отраженных радиосигналов, что повышает точность определения скорости приводного ветра

Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного определения скорости приводного ветра, согласно которому установленным на космическом аппарате альтиметром облучают водную поверхность, регистрируют отражённый назад сигнал, по фронту радиоимпульса определяют значимую высоту волн и определяют скорость ветра по величине отраженного назад сигнала с учётом значимой высоты волн, новым является то, что по времени прохождения сигнала до поверхности и обратно определяют крупномасштабный рельеф поверхности, по нему рассчитывают поле поверхностного течения и учитывают влияние поля течения на величину отражённого назад сигнала.

Альтиметрические измерения со спутников с помощью радиолокаторов, ставших доступными в последнее десятилетие, существенно расширяют возможности исследования процессов в море. Зная определённый с помощью альтиметра уровень (крупномасштабный рельеф) морской поверхности, рассчитывают поле поверхностного течения. Так, на основе данных альтиметрических измерений со спутников ERS-1 и TOPEX/Poseidon рассчитывался динамический уровень с точностью, которая позволяет изучать динамику поверхностного слоя Черного моря [8]. В настоящее время для Черного моря разработаны модели, в которых усваиваются альтиметрические данные об уровне Черного моря, позволяющие с высокой точностью описывать поле поверхностных течений [9].

Для осуществления заявленного способа предварительно проводится, с помощью метеорологических буёв, калибровка спутниковых альтиметров как измерителей скорости ветра. Процедура сопоставления с данными прямых in situ измерений различных параметров является наиболее распространенной процедурой калибровки средств дистанционного зондирования [1, 5, 10]. В данном случае в результате калибровки строятся регрессионные уравнения, в которых скорость ветра является функцией трёх параметров: уровня отражённого назад радиосигнала, крутизны фронта и скорости течения. Это позволяет дополнительно учитывать зависимость отраженного от морской поверхности радиосигнала от скорости поверхностного течения, которая в прототипе не учитывалась.

Способ реализуется следующим образом. Спутник с установленным на нём альтиметром пролетает над морем. Альтиметром облучается морская поверхность и регистрируется отражённый назад радиосигнал. По форме фронта регистрируемого радиоимпульса определяют значимую высоту поверхностных волн. Измеряя время прохождения радиоимпульса от космического аппарата до морской поверхности и обратно, определяют рельеф поверхности на масштабах, больших, чем длина доминантных поверхностных волн. Зная рельеф поверхности, рассчитывают поле поверхностного течения. Далее по величине отраженного назад сигнала с помощью предварительно построенных калибровочных кривых определяют скорость ветра, учитывая при этом высоту значимых волн и скорость поверхностного течения.

Использованные источники:

1. Караев В.Ю., Каневский МБ., Баландина Г.Н., Коттон Д. Трехпараметрический алгоритм определения скорости приповерхностного ветра по данным радиоальтиметрических измерений // Исследование Земли из космоса. -1999. -Ко 6. -С. 33-41.

2. Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Смолов В.Е. О предельной точности скаттерометрического определения со спутника скорости ветра над океаном // Исследование Земли из космоса.- 1987.- № 2.- С. 57-65.

3. Запевалов А.С., Пустовойтенко В.В. О точности скаттерометрического определения скорости приводного ветра // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа, Севастополь, МГИ НАНУ. - 2004. - Вып. 11. - С. 262-267.

4. Brown G.S., Stanley H.R., Roy N.A. The wind speed measurements capability of spaceborne radar altimetry // ШЕЕ J. Oceanic Eng. - 1981. - OE-6. - P. 59-.63.

5. Glazman R.E., Greysukh A. Satellite altimeter measurements of surface wind // J. Geophys. Res.- 1993.- Vol. 98, № C2.- P. 2475-2483 - прототип.

6. Hayne G. Radar altimeter mean return waveforms from near-normalincidence ocean surface scattering // ШЕЕ Trans. Antennas and Propagation. - 1980. - Vol. 28, №5.-P. 687-692.

7. Филлипс O.M. Динамика верхнего слоя океана: Пер. с англ. - Л.: Гидро-метеойздат, 1980. - 319 с.

8. Korotaev G.K., Saenko О.А., Koblinsky C.J. Satellite altimetry observations of the Black Sea level//! Geoph. Res.-200l.-106. №C1. - P. 917-933.

9. Дорофеев В.Л., Коротаев Г.К. Ассимиляция данных агутниковой альтиметрии в вихреразрешающей модели циркуляции Черного моря // Морской гидрофизический журн.- 2004.- № 1.- С. 52-68

10. Dobson Ε., Monaldo F., Goldhirsh J., Wilkerson J. Validation of Geosat altimeter-derived wind speeds and significant wave heights using buoy data // Johns Hopkins APL Tech. Dig. - 1987. - 8. - P. 222-233

Способ дистанционного определения скорости приводного ветра, заключающийся в том, что установленным на космическом аппарате радиоальтиметром облучают водную поверхность, регистрируют отражённый назад сигнал, по фронту радиоимпульса определяют значимую высоту поверхностных волн и определяют скорость ветра по величине отраженного назад сигнала с учётом значимой высоты волн, отличающийся тем, что по времени прохождения сигнала до водной поверхности и обратно определяют крупномасштабный рельеф поверхности, по нему рассчитывают поле поверхностного течения и учитывают влияние поля течения на величину отражённого назад сигнала.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к геофизическим исследованиям с управляемым источником. Сущность: способ содержит этапы, на которых: развертывают по меньшей мере один приемник и электрический дипольный источник; передают электромагнитное поле от электрического дипольного источника; детектируют первую горизонтальную составляющую и вторую горизонтальную составляющую отклика электромагнитного поля на передаваемое электрическое поле, используя по меньшей мере один приемник, и вычисляют вертикальную составляющую отклика электромагнитного поля, используя детектированные первую и вторую горизонтальные составляющие отклика электромагнитного поля, причем эти первую и вторую горизонтальные составляющие комбинируют.

Изобретение относится к области противодействия терроризму и может быть использовано в системах защиты объектов. Устройство обнаружения носимых осколочных взрывных устройств содержит СВЧ передающее устройство с частотой f1, СВЧ передающее устройство с частотой f2, СВЧ приемное устройство комбинационных частот второго порядка, СВЧ приемное устройство комбинационных частот третьего порядка.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для определения электрофизических параметров объектов, с которыми пространственно связаны месторождения полезных ископаемых в условиях техногенной инфраструктуры, построенной с применением металлоконструкций.

Предлагаемое устройство относится к контрольно-поисковым средствам, а именно к устройствам обнаружения местоположения людей, оказавшихся под завалами, образовавшимися в результате стихийного (землетрясения, торнадо, цунами и др.) или иного бедствия, и поиска взрывчатых и наркотических веществ, и может быть использовано при техногенных авариях, природных катастрофах, террористических актах и при предотвращении опасных для населения акций.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поиска засыпанных биообъектов или их останков. Заявлен способ обнаружения местонахождения засыпанных биообъектов или их останков и устройство для его осуществления.

Использование: изобретение относится к области техники, занимающейся подповерхностной радиолокацией объектов. Сущность изобретения заключается в зондировании среды сверхнизкочастотными гармоническими электромагнитными колебаниями.

Использование: для детектирования электромагнитного излучения. Сущность: заключается в том, что быстродействующая и миниатюрная система детектирования, в частности, электромагнитного излучения в гигагерцовом и терагерцовом диапазонах содержит полупроводниковую структуру, имеющую двумерный слой носителей заряда или квазидвумерный слой носителей заряда с включенным одним дефектом или многочисленными дефектами, по меньшей мере первый и второй контакты для слоя носителей заряда и устройство для измерения фотоэлектродвижущей силы между первым и вторым контактами.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для исследования подповерхностных структур. .

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для зондирования многолетнемерзлых пород с целью изучения их строения и свойств. .

Изобретение относится к геофизическим исследованиям в области сейсмологии и геоэлектричества и может быть использовано для прогнозирования землетрясений. .

Изобретение относится к области метеорологии и может быть использовано для определения прозрачности атмосферы. Сущность: осуществляют посылку в неоднородную атмосферу световых импульсов малой длительности.

Изобретение относится к радиофизическим методам исследования ионосферы и предназначено для определения пространственного распределения ионосферных неоднородностей радарным методом с помощью ЛЧМ ионозонда-радиопеленгатора.

Изобретение предназначено для систем радиозондирования с ускоренной передачей телеметрической информации с борта аэрологического радиозонда (АРЗ) на наземную радиолокационную станцию (РЛС).

Предлагаемое изобретение может быть использовано для радиозондирования ионосферы, определения интенсивности ионосферных неоднородностей и пеленгации искусственных ионосферных образований.

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 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 методам расчета экстремальных значений гидрометеорологических параметров окружающей среды, которые используются при оценках риска индустриальной деятельности человека.

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.

Наверх