Способ дистанционного определения солености морской воды



Способ дистанционного определения солености морской воды
Способ дистанционного определения солености морской воды

 


Владельцы патента RU 2631267:

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

Изобретение относится к области электротехники, а именно к океанологическим измерениям, и может быть использовано для контроля солености морской воды на разных акваториях Мирового океана. В предложенном способе заданный контролируемый участок морской поверхности облучают СВЧ радиоволнами заданной частоты вертикальной поляризации, регистрируют рассеянный назад сигнал на той же поляризации (вертикальной), изменяют поляризацию излучателя и приемника на ортогональную и на той же частоте зондируют тот же участок морской поверхности, регистрируют рассеянный назад сигнал, после чего по данным двух последовательных зондирований вычисляют поляризационное отношение, по которому рассчитывают соленость. Повышение точности измерения солености морской воды за счет исключения влияния на результат измерений изменчивости шероховатости морской поверхности, является техническим результатом изобретения.

 

Изобретение относится к области океанологических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля солености на разных акваториях Мирового океана.

Физической основой заявленного способа дистанционного определения солености морской поверхности является следующее.

В случае зондирования морской поверхности при углах падения θ от 25° до 75° рассеянный назад сигнал определяет резонансный (брегговский) механизм рассеяния [Калмыков А.И., Курекин А.С, Лемента Ю.А., Пустовойтенко В.В. Некоторые особенности обратного рассеяния радиоволн СВЧ диапазона поверхностью моря при малых углах скольжения // Препринт ИРЭ АН УССР. - 1974. - № 40]. Рассеяние радиоволн назад создают поверхностные волны, бегущие вдоль направления зондирования в прямом или обратном направлении, у которых волновое число KB связано с волновым числом радиоволн k соотношением KB=2ksinθ.

В нулевом приближении, когда резонансные (брегговские) составляющие поля поверхностных волн распространяются по плоской поверхности, сечение обратного рассеяния можно представить в форме

где p - вид поляризации, первый индекс соответствует поляризации излучаемого сигнала, второй - принимаемого;

- геометрический коэффициент, зависящий от вида поляризации излучаемого и принимаемого радиолокационного сигнала и от электрофизических (диэлектрическая проницаемость) параметров морской воды;

- спектр морской поверхности, соответствующий волновому вектору брегговской компоненты.

Для вертикальной (v) и горизонтальной (h) поляризации функция Gpp(θ) соответственно имеет вид [Valenzuela G. Theories for the interaction of electromagnetic and ocean waves. - A Review // Boundary Layer Meteorology. - 1978. - Vol. 13, №1-4. - P. 61-85]:

где εr - комплексная относительная диэлектрическая проницаемость среды под границей атмосфера-океан.

Прямое определение величины εr на основе измерений величины приводит к значительным ошибкам, поскольку этот параметр зависит от уровня шероховатости морской поверхности, на величину которого влияет большое число разных по своей физической природе механизмов. В заявленном способе, чтобы исключить влияние этих механизмов, предлагается использовать поляризационное отношение

Поскольку на обеих поляризациях сигнал пропорционален уровню шероховатости, который в данном случае характеризуется спектром , поляризационное отношение определяется двумя параметрами: εr и θ.

Зависимость относительной диэлектрической проницаемости морской воды от ее температуры и солености рассматривалась в работе [Рабинович Ю.И., Мелентьев В.В. Влияние температуры и солености на излучение гладкой водной поверхности в сантиметровом диапазоне // Труды ГГО. 1970. Вып. 235. С. 78-123].

Известен способ дистанционного определения солености морской воды [Арманд Н.А., Тищенко Ю.Г., Аблязов B.C., Халдин А.А. Спутниковые СВЧ радиометры дециметрового диапазона // в кн.: Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса: физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов (Сб. научных статей под ред. академика РАН Н.П. Лаверова, д.т.н. Лупяна Е.А., к. ф.-м. н. Лавровой О.Ю.). - М.: ООО «Азбука-200». - 2008. - Выпуск 5, том 1. - С. 214-218]. Этот способ основан на использовании СВЧ радиометрии. Выходные сигналы СВЧ радиометров пропорциональны излучательной способности морской поверхности, которая зависит от характеризующих ее состояние электрофизических параметров. Как правило, этот способ используется для определения солености с борта самолетов и космических аппаратов.

Сходным с существенными признаками заявленного технического решения является такой признак аналога, как регистрация СВЧ радиоизлучения. Недостатком рассматриваемого аналога является низкая точность определения солености. Этот недостаток является следствием того, что излучательная способность морской поверхности мала.

Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков и поэтому выбранным в качестве прототипа является способ на основе радиозондирования морской поверхности [Терехин Ю.В., Пустовойтенко В.В. Влияние температуры и солености морской воды на характеристики радиолокационного сигнала СВЧ диапазона // Исследование Земли из Космоса. 1986. №2. С. 16-20].

Такие признаки прототипа, как зондирование заданного участка морской поверхности в СВЧ диапазоне с заданной частотой и регистрация рассеянного в обратном направлении сигнала, а также проведение облучения и регистрации на одной и той же поляризации, являются сходными с существенными признаками заявленного изобретения.

Недостатком прототипа является низкая точность определения солености, поскольку удельная эффективная площадь рассеяния, в соответствии с математическим выражением (1), зависит не только от солености, но и от шероховатости морской поверхности.

Уровень шероховатости меняется в широких пределах [Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Бабий М.В. Измерения параметров шероховатости морской поверхности при переходе от штиля к ветровому волнению // Физика атмосферы и океана. - Изв. АН СССР, 1992. - T. 28 - №4. - С. 424-431]. Изменения шероховатости, в основном, определяются вариациями скорости приводного ветра [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]. Изменения шероховатости морской поверхности приводят к значительно большим изменениям параметра , чем изменения солености, наблюдаемые в Мировом океане.

В основу изобретения поставлена задача создания способа дистанционного определения солености морской воды, в котором за счет того, что исключается влияние на результаты измерений изменчивости шероховатости морской поверхности, достигается технический результат - повышение точности измерения солености морской воды.

Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного определения солености морской воды, согласно которому морскую поверхность облучают радиоволнами СВЧ диапазона заданной частоты и принимают рассеянный назад сигнал, причем облучение и прием осуществляют на одной и той же поляризации, новым является то, что дополнительно морскую поверхность облучают радиоволнами СВЧ диапазона на ортогональной поляризации и на той же поляризации принимают сигнал, вычисляют поляризационное отношение и по нему определяют соленость морской воды.

Способ осуществляют следующим образом.

Контролируемый участок поверхности облучают СВЧ радиоволнами заданной частоты с заданной поляризацией (например, вертикальной). Регистрируют рассеянный назад сигнал на той же поляризации (вертикальной), на которой проводилось облучение. Меняют поляризацию излучателя и приемника на ортогональную (т.е. горизонтальную) и на той же частоте зондируют тот же участок морской поверхности. На той же поляризации принимают рассеянный назад сигнал. Затем по данным двух последовательных зондирований вычисляют поляризационное отношение, по которому рассчитывают соленость.

Способ дистанционного определения солености морской воды, заключающийся в том, что контролируемый участок морской поверхности облучают радиоволнами СВЧ диапазона заданной частоты и принимают рассеянный назад сигнал, причем облучение и прием осуществляют на одной и той же поляризации, отличающийся тем, что затем этот же участок морской поверхности облучают радиоволнами СВЧ диапазона той же частоты на ортогональной поляризации и на той же поляризации принимают рассеянный назад сигнал, вычисляют поляризационное отношение и по нему определяют соленость морской воды.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при разработке систем радиозондирования атмосферы (CP) построенных на основе применения радиолокационного метода измерения пространственных координат аэрологического радиозонда (АРЗ) и использования сигналов спутниковых навигационных радиоэлектронных систем (СНРС) ГЛОНАСС/GPS для определения текущих координат аэрологического радиозонда (РЗ), направления и скорости ветра, а также передачи координатной и телеметрической информации на наземную базовую станцию (БС).

Изобретение относится к радиотехнике и геофизике, а именно к средствам мониторинга состояния ионосферы и измерения ее параметров с использованием космических аппаратов спутниковых радионавигационных систем.

Изобретение относится к области радиофизики и может быть использовано для контроля за солнечной, геомагнитной и сейсмической активностью, за предвестниками землетрясения, извержения вулканов, цунами, процессами грозовой активности, динамикой мощных штормовых циклонов, а также для обнаружения ядерных и иных крупных взрывов и пожаров, больших аварийных выбросов на атомных электростанциях, запусков комических аппаратов и ракет, излучений мощных радиопередающих комплексов радиолокационного и связного назначения, средств специального воздействия на ионосферу с целью управления ее параметрами..

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано в системах радиозондирования атмосферы на основе использования сигналов глобальных навигационных спутниковых систем (ГНСС).

Изобретение относится к радиотехнике и радиоэлектронике, предназначено для дистанционного зондирования атмосферы и может быть использовано в радиолокации, навигации и связи.

Устройство предупреждения об аэрологических явлениях для летательного аппарата содержит бортовое оборудование, способное к выявлению метеорологических явлений, модуль для сбора и хранения метеорологических данных, модуль для создания сводки по собранным метеорологическим данным, модуль для отправки сводок, модуль для приема сводок от окружающих летательных аппаратов, модуль для обработки, консолидации принятых сводок и формированию предупреждений, модуль содействия обходу, модуль ввода, модуль интерактивного диалога, модуль для опроса окружающих летательных аппаратов и сбора от них данных.

Изобретение относится к области физики ионосферы и может быть использовано для пассивного определения ионосферных параметров. Сущность: выполняют двухчастотный прием спутниковых сигналов ГЛОНАСС/GPS.

Изобретение относится к способам дистанционных исследований атмосферы, основанных на использовании эффекта Доплера и применении фазоманипулированных сигналов, и может быть использовано для измерения скорости ветра.

Изобретение представляет собой способ и устройство для радиолокационного измерения полного вектора скорости движения метеорологического объекта на основе измерения составляющих этого вектора скорости в ограниченной области пространства, определяемой шириной диаграмм направленности антенны, за короткое время без сканирования.

Изобретение относится к метеорологии, в частности к дистанционным методам измерения характеристик атмосферы, и может быть использовано в автоматизированных системах определения опасных для авиации явлений погоды, а также в других областях человеческой деятельности, где необходимо знание о величине заряда частиц облаков и осадков.

Предлагаемые устройства относятся к радиолокационным и гидролокационным системам с импульсным сжатием многофазных кодов. Технический результат заключается в повышении качества сжатия сигналов, производится подавление боковых лепестков, возникающих в процессе сжатия, при котором обеспечивается увеличение числа многофазных кодов длины N, для всех значений временных сдвигов (отсчетов), исключая двух ±N, в которых относительный уровень боковых лепестков находится в диапазоне от -20 lgN -6 до -20 lgN -8 dB за счет использования симметрично усеченных кодов, образованных последовательным удалением равного числа первых и последних символов кодов большей длины.

Изобретение относится к радиолокации, а именно к способам формирования диаграммы направленности цифровыми антенными решетками при обзоре пространства и земной поверхности, и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС).

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано при радиолокационном обзоре заданной зоны с помощью мобильных радиолокационных станций кругового обзора с антенной в виде одномерной фазированной антенной решетки с электронным управлением лучом по углу места и механическим вращением по азимуту.

Изобретение относится к радиолокации, в частности к способам определения эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов, и может быть использовано для расчета эффективной площади рассеяния летательных аппаратов в полете штатными средствами радиолокационных станций.

Изобретение относится к обзорным радиолокационным станциям (РЛС), конкретно к РЛС кругового обзора со стационарными антеннами, и может быть использовано в системах контроля и управления воздушным движением (УВД).

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для обнаружения, сопровождения и получения координатной и некоординатной информации о ракетах-носителях и космических аппаратах в секторе электронного сканирования (СЭС), оценки помеховой обстановки в СЭС, а также обобщения информации о целевой и помеховой обстановке, полученной в активном и пассивном режимах функционирования.

Изобретение относится к способам обработки сверхширокополосных сигналов (СШС) с линейной частотной модуляцией (ЛЧМ) в радио и акустических системах локации, навигации и связи при наличии искажений этих сигналов за счет нелинейности фазочастотных характеристик приемопередающих трактов и канала распространения.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных станциях (РЛС), в которых в качестве антенны используется активная фазированная антенная решетка.

Изобретение относится к радиолокации и предназначено для построения обзорных радиолокационных станций с цифровыми антенными решетками. Достигаемый технический результат - уменьшение времени обзора и повышение точности измерения координат объектов.

Изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано в радиолокационных системах с зондирующими сигналами, кодированными по фазе (фазокодоманипулированными сигналами), для измерения поляризационной матрицы рассеяния объекта.
Наверх