Способ дистанционного определения характеристик морской поверхности


 


Владельцы патента RU 2593384:

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Морской гидрофизический институт РАН" (RU)

Изобретение относится к области океанологических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана. Достигаемый технический результат - повышение точности определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности. Указанный результат достигается за счет того, что формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности и зондируют ими морскую поверхность в надир, регистрируют отраженные радиоимпульсы и получают осредненную форму отраженного радиоимпульса, при этом в промежутках между регистрацией отраженных радиоимпульсов определяют собственный аппаратурный шум, затем определяют уточненную форму отраженного радиоимпульса, для чего из регистрируемого сигнала вычитают шум. По уточненной осредненной форме отраженного радиоимпульса рассчитывают асимметрию распределения возвышений морской поверхности.

 

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

В настоящее время основной поток информации о процессах, протекающих в толще Мирового океана и на его поверхности, поступает с приборов для дистанционного зондирования, установленных на космических аппаратах (КА). В том числе поступает информация о рельефе морской поверхности вдоль трассы КА, по которому рассчитывается поле течений [1]. На точность определения рельефа морской поверхности влияют изменения распределения возвышений морской поверхности, создаваемые ветровыми волнами и зыбью, в первую очередь изменения его асимметрии [2]. Изменения асимметрии также ограничивают предельную точность альтиметрического определения скорости приводного ветра [3].

Физической основой предложенного способа дистанционного определения характеристик морской поверхности является следующее. Отраженный радиоимпульс V(t) можно описать сверткой двух функций [4]

V(t)=f1*f2,

где t - время;

функция f1 определяется характеристиками альтиметра;

функция f2 определяется характеристиками морской поверхности;

* - символ, обозначающий свертку.

Зависимость формы отраженного радиосигнала от функции f2 создает принципиальную возможность определения статистических характеристик взволнованной морской поверхности по данным измерений радиолокатором, установленным на космическом аппарате.

Известен способ [5] определения значимой высоты морских волн с помощью радиолокационного альтиметра, установленного на борту космического аппарата, согласно которому осуществляют зондирование поверхности моря короткими импульсами длительностью порядка нескольких наносекунд. Сходными с признаками заявленного технического решения являются такие признаки аналога: формирование коротких радиоимпульсов постоянной длительности, облучение морской поверхности, регистрация отраженных радиоимпульсов и построение по ним осредненной формы отраженного радиоимпульса. Недостатком аналога является то обстоятельство, что в процессе измерений определяется только одна характеристика морских волн - значимая высота волн, что ограничивает область океанографического применения данного способа.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков и поэтому выбранным в качестве прототипа является дистанционный способ [6] определения характеристик морской поверхности, позволяющий определять асимметрию распределения возвышений поверхности. Способ основан на использовании характеристик радиосигнала, получаемого при зондировании поверхности моря в надир с помощью радиолокатора, установленного на борту космического аппарата.

Такие признаки прототипа, как формирование коротких радиоимпульсов постоянной длительности, зондирование этими импульсами морской поверхности в надир, регистрирование отраженных радиоимпульсов и определение распределения возвышений морской поверхности по осредненной форме отраженного радиоимпульса, являются сходными с существенными признаками заявленного технического решения.

Недостатком прототипа является низкая точность определения характеристики распределения возвышений морской поверхности - асимметрии. Этот недостаток является следствием того, что асимметрия определяется по изменению наклонов переднего фронта отраженного радиоимпульса в пределах некоторых «ворот». Такой способ расчета исключает или существенно снижает вклад отражений от гребней наиболее высоких волн, что приводит к искажению оценок асимметрии распределения возвышений морской поверхности [4].

В основу изобретения поставлена задача создания способа дистанционного определения характеристик морской поверхности, в котором за счет того, что учитывается особенность формирования отраженного радиоимпульса, достигается технический результат - повышение точности определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности. Это достигается путем исключения влияния собственных шумов аппаратуры и получения уточненной осредненной формы отраженного радиоимпульса, что позволяет рассчитывать распределение возвышений морской поверхности по всему отраженному радиоимпульсу, тем самым, учитывая отражения от гребней и впадин самых высоких волн, что повышает точность определения характеристик морской поверхности.

Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного определения характеристик морской поверхности, который заключается в том, что формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, зондируют ими морскую поверхность в надир, регистрируют отраженные радиоимпульсы и по осредненной форме отраженного радиоимпульса определяют асимметрию распределения возвышений морской поверхности, новым является то, что в промежутках между регистрацией отраженных радиоимпульсов определяют собственный аппаратурный шум, вычитают этот шум из осредненной формы отраженного радиоимпульса и получают уточненную осредненную форму отраженного радиоимпульса, по которой рассчитывают асимметрию распределения возвышений морской поверхности - или решая интегральное уравнение V(t)=f1*f2, или путем численного моделирования, подбирая параметры распределения возвышений морской поверхности.

Для реализации предложенного способа могут быть использованы альтиметры, установленные на океанографических спутниках.

Способ осуществляют следующим образом.

С помощью радиолокатора, расположенного на космическом аппарате, формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности (порядка одной наносекунды), облучают морскую поверхность в надир и регистрируют отраженные радиоимпульсы. В интервалы времени между регистрацией импульсов определяют уровень собственных аппаратурных шумов. Далее определяется уточненная форма отраженного радиоимпульса, для чего из регистрируемого сигнала вычитают шум. Затем по уточненной средней форме отраженного радиоимпульса рассчитывается функция f2(t). Расчет проводится с помощью интегрального уравнения V(t)=fl*f2 или путем численной аппроксимации с помощью метода наименьших квадратов. В последнем случае решение представляется в виде Эджвортовой формы типа А рядов Грама-Шарлье [7, 8].

Использованные источники информации

1. Пустовойтенко В.В., Запевалов А.С. Оперативная океанография: Спутниковая альтиметрия - Современное состояние, перспективы и проблемы / Серия Современные проблемы океанологии. - Севастополь, «ЭКОСИ-Гидрофизика» - 2012. - Вып. 11. - 217 с.

2. Запевалов А.С. Влияние асимметрии и эксцесса распределения возвышений взволнованной морской поверхности на точность альтиметрических измерений ее уровня // Изв. РАН. Серия физика атмосферы и океана. - 2012. - том 48, №2. - С. 224-231.

3. Запевалов А.С., Показеев К.В., Пустовойтенко В.В. О предельной точности альтиметрического определения скорости приводного ветра // Исследования Земли из космоса. - 2006. - №3. - С. 49-54.

4. Запевалов А.С., Пустовойтенко В.В. К вопросу определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности по данным альтиметрических измерений // Исследования Земли из космоса. - 2012. - №5. С. 12-21.

5. Walsh E.J., Uliana Е.А., 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. Gomez-Enri J., Gommenginger С.Р., 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 - прототип.

7. Запевалов А.С., Большаков А.Н., Смолов В.Е. Моделирование плотности вероятностей возвышений морской поверхности с помощью рядов Грама-Шарлье // Океанология. - 2011. - Том 51, №. 3. - С. 432-439.

8. Запевалов А.С. Старшие кумулянты возвышений морской поверхности // Метеорология и гидрология. - 2011. - №9. - С 78-85.

Способ дистанционного определения характеристик морской поверхности, заключающийся в том, что формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, зондируют ими морскую поверхность в надир, регистрируют отраженные радиоимпульсы и по осредненной форме отраженного радиоимпульса определяют асимметрию распределения возвышений морской поверхности, отличающийся тем, что в промежутках между регистрацией отраженных радиоимпульсов определяют собственный аппаратурный шум, вычитают шум из осредненной формы отраженного радиоимпульса и получают уточненную осредненную форму отраженного радиоимпульса, по которой рассчитывают асимметрию распределения возвышений морской поверхности.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиолокации, может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС) малой дальности дециметрового диапазона и предназначено для выделения движущихся на фоне пассивных помех целей.

Изобретение относится к цифровой обработке радиолокационных сигналов. Достигаемый технический результат - повышение эффективности обнаружения движущихся целей на фоне многокомпонентных пассивных помех, вызванных совокупностью отражений от местных предметов, облаков, гидрометеоров, дипольных помех.

Изобретение относится к радиолокации и может найти применение в радиолокационных станциях (РЛС), использующих высокую частоту следования зондирующих импульсов. Достигаемый технический результат - увеличение зоны подавления пассивных помех при работе РЛС с высокой частотой следования зондирующих импульсов.

Изобретения относятся к области радиолокации, и конкретно к способам и системам радиоэлектронной защиты активных радиолокационных станций (РЛС) от активных шумовых помех.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для определения дальности до постановщика импульсных помех (ПИП). Достигаемый технический результат - обеспечение измерения дальности до ПИП с помощью однопозиционной радиолокационной станции.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях для уменьшения потерь отношения сигнал/шум и для стабилизации вероятности ложной тревоги.

Изобретения относятся к области радиолокации и могут использоваться в мобильных обзорных радиолокационных станциях (РЛС) для защиты от пассивных помех в процессе осмотра зоны обзора.

Изобретение относится к области радиолокации, в частности к защите мобильных обзорных радиолокационных станций (РЛС) с фазированной антенной решеткой (ФАР) от помех.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях для защиты от синхронных ответных помех. Достигаемый технический результат изобретения - распознавание ложной траектории, формирующейся при сопровождении отметок от синхронной ответной помехи во всей зоне обзора радиолокационной станции.

Заявляемые изобретения относятся к области вооружений, в частности к защите подвижных наземных радиолокационных станций (РЛС) от противорадиолокационных ракет (ПРР) постановкой отвлекающих помеховых передатчиков.
Наверх