Способ дистанционного определения характеристик морской поверхности

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана.

Технический результат - повышение точности определения характеристик морской поверхности за счет разделения воздействия на отражённый от морской поверхности радиосигнал двух факторов, доминантных ветровых волн и мелкомасштабной ряби.

Сущность: формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности и вертикально зондируют ими морскую поверхность, регистрируют отражённые радиоимпульсы и по их форме определяют характеристики морской поверхности, при этом дополнительно формируют более длинные радиоимпульсы и вертикально зондируют ими морскую поверхность, причем длительность дополнительно сформированных радиоимпульсов обеспечивает одновременное отражение от всей площади морской поверхности, освещаемой в пределах диаграммы направленности антенны, определяют амплитуду отраженных импульсов большей длительности, по ней определяют скорость ветра, и определяют характеристики морской поверхности с учетом скорости ветра. 1 ил.

 

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана.

Спектр морских поверхностных волн является узкополосной функцией волновых чисел (или частот). Практически вся энергия сосредоточена в окрестности спектрального пика. Волны с масштабами, близкими к масштабу волн спектрального пика, принято называть доминантными или энергонесущими. Именно эти волны определяют воздействия на суда и гидротехнические сооружения. Характеристики доминантных волн относятся к числу основных характеристик морской поверхности, определяющих ее состояние.

Регистрируемый при радиозондировании с летательных аппаратов, например, со спутников, сигнал зависит как от доминантных волн, так и от мелкомасштабной ряби, энергия которой на несколько порядков меньше энергии доминантных волн. В общем виде проблема разделения влияния на отражённый радиосигнал составляющих поля морских волн разных масштабов до сих пор не решена.

В качестве одной из основных характеристик поля доминантных волн принято рассматривать значимую высоту волн. Известен способ дистанционного определения значимой высоты волн, путём вертикального зондирования из-под воды морской поверхности [1]. Зондирование осуществляется в акустическом диапазоне. Недостатком аналога является то обстоятельство, что он позволяет получать информацию о поле морских волн только на ограниченной акватории и не позволяет решать проблему мониторинга океана в глобальном масштабе.

Наиболее близким к изобретению по совокупности существенных признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является способ дистанционного определения характеристик морской поверхности путём радиозондирования с космических аппаратов [2]. Такие признаки прототипа, как формирование короткого радиоимпульса постоянной длительности, вертикальное зондирование морской поверхности, регистрация отражённого радиосигнала, определение характеристик волн по форме отражённого радиоимпульса, совпадают с существенными признаками заявленного изобретения.

Недостатком прототипа является следующее. Характеристики морской поверхности определяются по переднему склону отражённого радиоимпульса [3, 4]. В то же время на форму импульса влияет плотность точек зеркального отражения, которая растёт с ростом скорости приводного ветра, при этом также меняется их распределение вдоль профиля длинной волны. Одновременное воздействие двух факторов ограничивает точность определения характеристик поля доминантных волн.

В основу изобретения поставлена задача создания способа дистанционного определения характеристик морской поверхности, в котором за счёт использования зондирующих импульсов разной длительности обеспечивается новое техническое свойство - разделение воздействия на отражённый от морской поверхности сигнал двух факторов: доминантных ветровых волн и мелкомасштабной ряби. Указанное новое свойство обусловливает достижение технического результата изобретения -повышение точности определения характеристик морской поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного определения характеристик морской поверхности, который заключается в том, что формируются короткие радиоимпульсы постоянной длительности, морская поверхность вертикально зондируется этими радиоимпульсами, регистрируется отражённый радиосигнал, по форме переднего фронта которого определяются характеристики волн, новым является то, что дополнительно формируются более длинные радиоимпульсы, длительность которых обеспечивает одновременное отражение радиоимпульсов от всей площади морской поверхности, освещаемой в пределах диаграммы направленности антенны, осуществляют вертикальное зондирование морской поверхности этими дополнительными радиоимпульсами, определяют их амплитуду, по ней определяют скорость ветра, и с учетом полученной скорости вера определяют характеристики волн.

Сущность способа поясняется с помощью иллюстрации, на которой схематично изображена геометрия освещаемой поверхности. При вертикальном зондировании морской поверхности короткими импульсами длительностью порядка несколько наносекунд (обозначим эту длительность символом τ) на временном интервале 0<t≤τ освещаемая область представляет собой расширяющийся круг [5]. При t>τ освещаемая область ограничена двумя концентрическими окружностями, радиусы которых растут с ростом времени t. Дополнительно осуществляется вертикальное зондирование импульсом длительностью τD, причем τD>τ. Длительность τD выбирается из условия, что в момент времени t=τD должна быть освещена вся область, соответствующая углу α, определяющему ширину диаграммы направленности антенны. На поверхности освещаемая область в момент времени tτD должна являться кругом с радиусом R, определяемым выражением

R≥R0Htg(α/2),

где H - расстояние от радара до морской поверхности, например, высота орбиты спутника.

Калибровка радаров, одределяющих значимую высоту волн, осуществляется путём сопоставления с данными прямых измерений волн, осуществляемыми с помощью волнографических буёв [6]. Определив амплитуду AD отражённого более длительного радиосигнала в момент t=τD, мы получаем параметр, который не зависит от доминантных волн, и в основном определяется короткой ветровой рябью. Поскольку энергия короткой ветровой ряби зависит от скорости ветра, амплитуда AD является однозначной функцией скорости ветра. Далее для разных значений амплитуд AD (разных скоростей ветра) строятся регрессионные зависимости, связывающие характеристики переднего фронта импульса длительностью τ с характеристиками доминантных волн.

Технически реализация предложенного способа может быть осуществлена, например, путём размещения радара на спутнике и последовательным зондированием радиоимпульсами длительностью τ и τD. При высоте орбиты спутника 700 км и радиусе освещаемой площади 10 км (параметры, характерные для радиоальтиметра RA-2, установленного на спутнике ENVISAT) разность хода радиоволн до центра круга и до его границы составляет 0.071 км. Соответственно задержка во времени - 240 не. Отсюда длительность импульса должна удовлетворять условию τD>240 нс. Для сравнения: типичная длительность импульсов на спутниковых альтиметрах составляет τ=1-3 нс.

Осуществим калибровку установленного на спутнике радара путем сопоставления данных его измерений с данными прямых измерений волн, полученными с помощью волнографических буёв. Далее зависимости значимой высоты волны от характеристик короткого импульса длительностью τ разбиваются на группы, соответствующие разным скоростям ветра. По импульсу длительностью τD определяют скорость ветра. И по соответствующей этой скорости зависимости определяют значимую высоту волн.

Использованные источники:

1. Запевалов А.С., Шаповалов Ю.И. Акустический волнограф. Результаты натурных испытаний // Экологическая безопасность прибрежной и шельфовой зон и комплексное использование ресурсов шельфа, Севастополь, МГИ НАНУ. -2007.-Вып. 15.-С. 386-391.

2. Gómez-Enri J., Gommenginger СР., Challenor P.G., Srokosz M A., Drinkwater M.R. ENVISAT radar altimeter tracker bias // Marine Geodesy. - 2006. - Vol. 29. - P. 19-38 - прототип.

3. Hayne G.S. Radar altimeter mean return waveforms from near-normal-incidence. ocean surface scattering // ШЕЕ Transactions on Antennas and Propagation. - 1980. - Vol. AP-28. - P. 687-692.

4. Gómez-Enri J., Gommenginger C.P., Srokosz M.A., Challenor P.G., Benveniste J. Measuring global ocean wave skewness by retracking RA-2 Envisat waveforms // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. - 2007. - Vol. 24. - P. 1102-1116.

5. Walsh E.J., Uliana E.A., Yaplee B.S. Ocean wave heights measured by a high resolution pulse-limited radar altimeter // Boundary-Layer Meteorology. - 1978. - Vol. 13. -P. 263-276.

6. Queffeulou P. Long-term validation of wave height measurements from altimeters // Marine Geodesy. - 2004. - Vol. 27. - P. 495-510.

Способ дистанционного определения характеристик морской поверхности, заключающийся в том, что формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, вертикально зондируют ими морскую поверхность, регистрируют отражённые радиоимпульсы и по их форме определяют характеристики морской поверхности, отличающийся тем, что дополнительно формируют более длинные радиоимпульсы и вертикально зондируют ими морскую поверхность, при этом длительность дополнительно сформированных радиоимпульсов обеспечивает одновременное отражение от всей площади морской поверхности, освещаемой в пределах диаграммы направленности антенны, определяют амплитуду отраженных более длинных радиоимпульсов, по ней определяют скорость ветра, и определяют характеристики морской поверхности с учетом скорости ветра.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области океанологических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана. Технический результат - повышение точности определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности. Сущность: формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, зондируют ими морскую поверхность в надир и регистрируют отражённые радиоимпульсы.

Изобретение относится к области гидрофизических исследований и может быть использовано для исследований, проводимых в океане. Сущность: станция содержит плавучесть (1) из синтактика, внутри которой закреплены автономные модули (2, 3) с датчиками (4).
Способ относится к области океанографических измерений и может быть использован для контроля состояния открытых водоемов, вызванного их загрязнением, при проведении экологических и природоохранных мероприятий, а также для мониторинга гидрологических характеристик.

Изобретение относится к горному делу, а именно к исследованиям горных пород, в частности к способам исследования керна, извлеченного из скважины. Способ включает установку керна на предметный столик, освещение его поверхность направленным потоком видимого диапазона света, прием части света, отраженного от поверхности керна и обработку полученной информации.
Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для поиска месторождений нефти и газа. Сущность: проводят геологическую и сейсмическую съемки, а также дистанционный оптический газовый анализ с помощью дистанционного лидара.

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано при разведке и управлении разработкой месторождений углеводородного сырья. Техническим результатом является получение объективных данных о физико-химических свойствах добываемой нефти, а именно оптических свойствах для расчета остаточных извлекаемых запасов нефти и определения текущих свойств коллекторов разрабатываемого месторождения, а также данных по обводненности продукции скважин в промысловых условиях.

Изобретение относится к области геофизики и может быть использовано для контроля состояния магистральных трубопроводов нефти и газа. .

Изобретение относится к области нефтедобывающей промышленности и предназначено для использования в нефтяных и газоконденсатных скважинах, расположенных в северных районах.

Изобретение относится к способам и устройствам для моноволоконной оптической телеметрии, которая может быть пригодна для облегчения связи между различными скважинными зондами, пересекающими толщу пород, и наземным блоком сбора данных.

Изобретение относится к области океанологических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана. Технический результат - повышение точности определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности. Сущность: формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, зондируют ими морскую поверхность в надир и регистрируют отражённые радиоимпульсы.

Система предназначена для измерения и контроля геометрических параметров железобетонных шпал, влияющих на прочность и надежность работы рельсового пути. На каркасе установлена линейная направляющая, с перемещаемой кареткой.

Настоящее изобретение относится к области оптической связи. Согласно способу используют лазерный луч, который состоит из импульсов длительностью не менее 1 нс, которые формируют из множества волн путем фазовой синхронизации и интерференции.

Изобретение относится к приборостроению и предназначено для формирования лазерного растра систем управления, лазерных прицелов и может быть использовано при управлении, посадке и стыковке летательных аппаратов, проводке судов по сложным фарватерам, обнаружении оптикоэлектронных приборов по «блику», дистанционном управлении робототехническими устройствами.

Изобретение относится к области измерительной лазерной техники. Способ электронного сканирования пространства для получения трехмерной модели портрета сцены заключается в проецировании структурированной лазерной подсветки, формируемой с помощью нескольких лазерных генераторов линий, расположенных под фиксированными углами относительно друг друга, регистрации ее с помощью матричного фоторегистрирующего устройства, последовательно снимающего кадры с подсветкой и без подсветки для последующего дифференцирования фона, передаче изображения линий подсветки на вычислительное устройство и определении вычислительным устройством объемного изображения сцены триангуляционным методом.

Изобретение относится к автоматизированным системам обнаружения и мониторинга нефтегенных загрязнений морского нефтегазового промысла. Система включает в себя сеть флуоресцентных лидаров, установленных на нефтегазодобывающей платформе, танкерах, осуществляющих транспортировку нефти, и судах, обслуживающих промысел; сеть установленных на удалении от нефтегазодобывающей платформы автоматических плавучих комплексов мониторинга (КМ), каждый из которых содержит контактирующие с водой датчики регистрации нефтегенных углеводородов, физико-химических и гидрологических параметров воды, и находящийся в погружном, в частности, в подледном положении герметичный буй, в котором размещены программируемый контроллер с системами сбора, предварительной обработки и передачи данных, генерируемых датчиками КМ; а также единую автоматизированную информационную систему (ИС) с функциями сбора, обработки и хранения данных, генерируемых лидарами и плавучими КМ.

Изобретение относится к технике экологического контроля, в частности, к автоматизированным средствам измерения показателей качества водных объектов, преимущественно подверженных риску нефтегенных загрязнений, и может использоваться в составе систем экологического мониторинга природных сред.

Изобретение относится к области акустики и может быть использовано для ориентации на местности. Устройство акустического представления пространственной информации содержит генератор сигналов, усилитель тракта излучения и передатчик, правый и левый ультразвуковые преобразователи, первый и второй аналого-цифровые преобразователи, первый и второй блоки памяти, первый и второй цифроаналоговые преобразователи, первый и второй усилители, правый и левый головные телефоны.

Изобретение относится к области вооружений, в частности к неконтактным взрывателям реактивных боеприпасов. Устройство содержит два и более приемоизлучающих канала, размещенные вокруг продольной оси устройства, каждый из которых содержит электронный блок, импульсный источник оптического излучения и фотоприемник, соединенные с электронным блоком.

Изобретение относится к области экологии, рыбного хозяйства и может быть использовано для оценки функционирования биотических сообществ водных экосистем с целью сбора сведений о численности, биомассе и пространственном распределении ключевых видов гидробионтов.

Изобретение относится к области океанологических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана. Технический результат - повышение точности определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности. Сущность: формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, зондируют ими морскую поверхность в надир и регистрируют отражённые радиоимпульсы.

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана.Технический результат - повышение точности определения характеристик морской поверхности за счет разделения воздействия на отражённый от морской поверхности радиосигнал двух факторов, доминантных ветровых волн и мелкомасштабной ряби.Сущность: формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности и вертикально зондируют ими морскую поверхность, регистрируют отражённые радиоимпульсы и по их форме определяют характеристики морской поверхности, при этом дополнительно формируют более длинные радиоимпульсы и вертикально зондируют ими морскую поверхность, причем длительность дополнительно сформированных радиоимпульсов обеспечивает одновременное отражение от всей площади морской поверхности, освещаемой в пределах диаграммы направленности антенны, определяют амплитуду отраженных импульсов большей длительности, по ней определяют скорость ветра, и определяют характеристики морской поверхности с учетом скорости ветра. 1 ил.

Наверх