Способ дистанционного определения дисперсии уклонов морской поверхности

Изобретение относится к области океанографических измерений. Способ дистанционного определения дисперсии уклонов морской поверхности заключается в том, что импульсным лазером вертикально зондируют морскую поверхность, регистрируют отраженные импульсы и по ним рассчитывают дисперсию уклонов морской поверхности. Предварительно определяют значимую высоту волн hs, вычисляют минимальную длительность зондирующего импульса τm из условия τm=4hs/c, где с - скорость света. С учетом полученного значения τm формируют зондирующие импульсы рассчитанной длительности и такими импульсами зондируют морскую поверхность. Технический результат изобретения - повышение точности определения дисперсии уклонов морской поверхности. 1 ил.

 

Изобретение относится к области океанографических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля загрязнений морской поверхности нефтепродуктами и другими поверхностно-активными веществами, меняющими уровень ее шероховатости.

В настоящее время для оптического определения характеристик морской поверхности с помощью аппаратуры, установленной на космических аппаратах, используются два метода: пассивный и активный. Первый из аналогов изобретения способ, являющийся пассивным, основан на регистрации рассеянного в сторону космического аппарата солнечного излучения [Bréon F.M., Henriot N. Spaceborne observations of ocean glint reflectance and modeling of wave slope distributions // J. Geoph. Res. 2006. Vol. 111. No 6. С06005]. Второй способ, являющийся активным, который выбран в качестве прототипа, основан на лазерном зондировании морской поверхности [Hu, Y., Stamnes, K., Vaughan, М., Pelon, J., Weimer, С, Wu, D., Cisewski, M., Sun, W., Yang, P., Lin, В., Omar, A., Flittner, D., Hostetler, C, Trepte, C, Winker, D., Gibson, G., and Santa-Maria, M. Sea surface wind speed estimation from space-based lidar measurements // Atmospheric Chemistry and Physics. 2008. No. 8. P. 3593-3601]. Как правило, расчет дисперсии уклонов морской поверхности в активных и пассивных способах основан на том, что регистрируемый сигнал зависит от двумерного распределения уклонов морской поверхности.

Такие признаки аналога, как отражение света от морской поверхности и расчет по характеристикам отраженного света дисперсии уклонов морской поверхности, совпадают с признаками заявляемого решения. Недостатком аналога является то, что он может быть реализован только в светлое время суток. При этом облачность, туман и другие атмосферные процессы существенно влияют на точность определения характеристик морской поверхности.

Прототип реализуется с помощью лидара CALIOP (Cloud-Aerosol Lidar with Orthogonal Polarization), установленного на космическом аппарате CALIPSO. Вертикальное зондирование осуществлялось импульсами длительностью 20 нс. Недостатком прототипа является то, что при средних и больших скоростях ветра, когда высоты волн велики, он имеет низкую точность.

Причина снижения точности заключается в следующем. При импульсном зондировании необходимо учитывать, что отражающие элементы в основном создают короткие волны, которые распространяются по поверхности более длинных волн. Поэтому они расположены на разной высоте. При этом, как иллюстрирует рисунок, если импульс короткий, часть отражающих элементов может не попадать в область, освещенную в данный момент зондирующим импульсом. На рисунке штриховыми и пунктирными линиями показано положение верхней и нижней границ зондирующего импульса для двух моментов времени t1 и t2 соответственно. Причем t1<t2. Верхние границы обозначены цифрой 1, нижние - 2. Стрелками показано направление движения зондирующего импульса. Рисунок построен для случая, когда отражающие элементы расположены на синусоидальной поверхности, показанной сплошной линией.

Протяженность импульса в направлении зондирования L определяется его длительностью τ

где с - скорость света.

Если протяженность импульса L равна высоте волны h, то одновременно будут освещены все отражающие элементы, находящиеся на ее поверхности. Однако на фото приемник свет, отраженный от гребня и от впадины, поступит с временной задержкой Δt=h/c. Чтобы одновременно зафиксировать отражение от всех элементов поверхности, необходимо, чтобы выполнялось условие

В качестве параметра, характеризующего высоты морских волн, в океанологии принято использовать значимую высоту hs. Данный параметр равен среднему значению высот одной трети волн, имеющих наибольшую высоту волн.

Исключим относительно редко наблюдаемые экстремальные волны (их также называют волны-убийцы). К волнам-убийцам относятся те волны, высота которых более чем в два раза превышает hs.

Таким образом, условие (2) можно представить в виде

Из выражения (3) следует, что имеющий длительность импульса 20 нс способ-прототип позволяет корректно проводить измерения только при значимой высоте волн менее 1.5 м.

В основу изобретения поставлена задача создания способа определения дисперсии уклонов морской поверхности, совокупностью отличительных признаков которого, совокупностью не известных в данном уровне техники приемов достигается новое техническое свойство - согласование длительности зондирующего импульса лидара с высотой морских волн, что позволяет в некоторый момент освещать все точки зеркального отражения в пределах лазерного пятна. Под лазерным пятном здесь подразумевается область, освещаемая лазером при зондировании невозмущенной поверхности.

Указанное новое техническое свойство обеспечивает технический результат изобретения - повышение точности определения дисперсии уклонов морской поверхности.

Отличительными операциями способа являются:

- предварительное определение значимой высоты волн hs;

- вычисление минимальной длительности импульса τm из условия

- формирование с учетом полученного значения τm импульсов рассчитанной длительности;

- вертикальное зондирование морской поверхности этими сформированными импульсами рассчитанной длительности.

Способ реализуется следующим образом.

Сначала контролируемая акватория зондируется радиоальтиметром. Современные радиоальтиметры наряду с информацией о расстоянии от космического аппарата до морской поверхности дают информацию о значимой высоте волн [Пустовойтенко В.В., Запевалов А.С. Оперативная океанография: Спутниковая альтиметрия - современное состояние, перспективы и проблемы // Серия. Современные проблемы океанологии, Севастополь: НПЦ "ЭКОСИ-Гидрофизика". 2012. Вып. №11. 218 с.].

Радиоальтиметр может быть установлен на том же космическом аппарате, на котором установлен лидар. Или на другом космическом аппарате, движущемся по той же орбите, что и аппарат с лидаром. Так, например, в прототипе используется информация с двух космических аппаратов, дисперсии уклонов морской поверхности определялись по данным лидара, установленного на космическом аппарате CALIPSO, а скорость ветра - по показаниям микроволнового радиометра AMSR-E спутника AQUA, движущегося за 75 с до CALIPSO по той же орбите.

Поскольку энергонесущие волны, дающие основной вклад в значимую высоту волн, медленно меняются во времени, сдвигом во времени в несколько десятков секунд можно пренебречь.

Определив значимую высоту волны, в соответствии с выражением (3) рассчитывают минимальную длительность зондирующего импульса τm.

Подстраивают лидар под значимую высоту волн, формируя зондирующие импульсы заданной длительности.

Далее осуществляют вертикальное лазерное зондирование заданного участка морской поверхности этими сформированными импульсами.

Регистрируют отраженные импульсы.

По отраженным импульсам рассчитывают дисперсию уклонов морской поверхности.

Способ дистанционного определения дисперсии уклонов морской поверхности, заключающийся в том, что импульсным лазером вертикально зондируют морскую поверхность, регистрируют отраженные импульсы и по ним рассчитывают дисперсию уклонов морской поверхности, отличающийся тем, что предварительно определяют значимую высоту волн hs, вычисляют минимальную длительность зондирующего импульса τm из условия τm=4hs/c, где с - скорость света, с учетом полученного значения τm формируют зондирующие импульсы рассчитанной длительности и такими импульсами зондируют морскую поверхность.



 

Похожие патенты:

Многоканальная оптико-локационная система содержит тепловизионный, телевизионный и инфракрасный коротковолновый каналы наблюдения с общим зеркальным телескопом, излучающий и приемный лазерные каналы, широкоспектральный и два узкоспектральных излучателя, приемо-передающий телескоп, спектроделители, а также вычислительно-управляющий блок.

Способ формирования и обработки зондирующего лазерного сигнала основан на генерации неэквидистантных импульсов лазерного излучения, фильтрации принятого сигнала, вычисления взаимной корреляционной функции принятого сигнала и опорного сигнала.

Изобретение относится к средствам обеспечения безопасности маневрирования судов при подходе к причалу и может быть использовано для швартовки судов. Для швартовки судна с помощью лазерной системы (1) лазерные измерители расстояния (2) и (3) до объекта швартовки с устройствами передачи-приема устанавливают на оконечностях судна.

Группа изобретений относится к способу и устройствам ориентации транспортных средств по лазерному лучу. Для ориентации транспортного средства направляют лазерный луч в сторону транспортного средства параллельно или под небольшим углом к траектории его движения, формируют линейную поляризацию излучения, устанавливают положение плоскости поляризации перпендикулярно плоскости, проходящей через лазерный луч и траекторию движения, определяют отклонение от заданной траектории движения.

Сканирующий многолучевой лидар содержит оптическую приемную систему, в которой используется зеркальный объектив, вторичное зеркало которого выполнено в виде зеркально-линзового компонента, за которым на оптической оси телескопа установлены дополнительная положительная линза и ТВ-камера.

Способ наведения на удаленный объект электромагнитного излучения, основанный на формировании в материальной среде излучения с заданной в направлении объекта диаграммой направленности с длиной волны λ0 длительностью импульса τ0 и одновременным пропусканием в пределах сформированной диаграммы направленности в направлении объекта когерентного излучения с длиной волны λ1 и длительностью τ1<τ0.

Изобретение относится к лазерным локационным системам и может быть использовано для распознавания замаскированных малозаметных наземных объектов (MHO) с борта пилотируемого или беспилотного летательного аппарата (ЛА).

Лазерное приемное устройство, которое может быть использовано в качестве приемного устройства для лазерной локационной системы и системы лазерной космической связи, основано на сверхрегенеративном приеме лазерных сигналов локации и связи в оптическом диапазоне, что позволяет реализовать приемное устройство, обладающее предельной квантовой (однофотонной) чувствительностью и одновременно высокой помехозащищенностью приема лазерных сигналов.

Способ определения пространственного положения объектов обеспечивает облучение объекта через двумерную дифракционную решетку, что обеспечивает образование матрицы смежных оптических каналов.

Лазерный локатор содержит систему автоматического слежения и управления согласованием волновых фронтов принимаемого и гетеродинного лазерных излучений в плоскости фоточувствительной площадки фотоприемного блока лазерного локатора.

Устройство для контроля углового положения дифракционных порядков дифракционного элемента состоит из координатного стола, оптически связанных рассеивающего экрана с пропускающим окном, контролируемого дифракционного элемента, расположенного между координатным столом и рассеивающим экраном, источника излучения, фокусирующего объектива, видеокамеры, блока обработки и управления.

Изобретение относится к визуальной оценке качества поверхностей плоских подложек для оптико-электронных компонентов и может быть использовано при техническом контроле состояния поверхности крупных партий деталей в электротехнической промышленности.

Изобретение относится к контрольно-измерительной технике и направлено на повышение точности определения положений дефектов на асферических поверхностях как второго, так и более высокого порядка в процессе их формообразования.

Изобретение относится к области метрологии, в частности к системам для определения положения неровностей поверхности, их размеров и количества на расстоянии. Заявленный способ бесконтактного определения рельефа поверхности материалов включает получение информации об объекте с помощью считывающего устройства, обработку информации путем формирования универсальной матрицы поверхности, состоящей из информационных ячеек, содержащих информацию об эталонных и фактических координатах меток поверхности.

Изобретение относится к средствам контроля микронеровностей поверхностей, полученных в результате воздействия машиностроительных технологических операций на шероховатую поверхность.

Изобретение относится к области измерительной техники и может служить для бесконтактного автоматизированного контроля неровностей внутренней вертикальной цилиндрической поверхности, например ракетной шахты.

Изобретение относится к устройствам для внутритрубного контроля трубопроводов и может быть использовано для диагностики трубопроводов среднего диаметра, а также составления профиля трубопровода.

Изобретение относится к области материаловедения и может использоваться для оценки микронеровностей на плоских поверхностях без применения специальных дорогостоящих измерительных средств.

Изобретение относится к способам определения складок. Устройство определения складок включает в себя: световой проектор, который при перемещении относительно многослойного объекта, сформированного посредством укладки электродов и сепараторов, проецирует щелевой свет на крайний внешний из сепараторов, также свет проецируется на камеру, которая выполняет съемку формы щелевого света на сепараторе; и модуль управления, который вычисляет градиент сепаратора на основе отснятой формы щелевого света и определяет наличие складки на основе вычисленного градиента.

Изобретение относится к технике проведения измерений и определения отклонений от плоскостности плоских поверхностей различной площади и протяженности, в частности поверочных, монтажных и разметочных плит, элементов технологического оборудования и устройств, требующих обеспечения плоскостности или горизонтальности установки.

Изобретение относится к области сварки, в том числе, при строительстве трубопроводов и при изготовлении крупногабаритных объектов. Заявленный мобильный сканер для определения качества поверхности сварного шва содержит модуль перемещения, который включает платформу с размещенным на ней считывающим блоком, датчиком пройденного пути, блоком беспроводной передачи и приема информации. Так же мобильный сканер содержит персональный компьютер, в котором за счет использования программного обеспечения установлены блок беспроводной передачи и приема информации, процессор, блок построения цифрового эталона поверхности сварного шва, запоминающее устройство, блок построения цифровой копии поверхности сварного шва, блок ввода исходных данных и блок вывода результатов оценки качества поверхности сварного шва, блок построения цифровой копии поверхности сварного шва, блок количественной оценки соответствия формы поверхности сварного шва форме поверхности эталона. Модуль перемещения оснащен блоком инициализации измерения формы поверхности сварного шва, а вычислительный центр содержит блок фильтрации значений измеренных координат формы поверхности сварного шва, блок регуляризации значений измеренных координат точек поверхности сварного шва вдоль продольной оси, блок регуляризации значений измеренных координат точек в каждом регуляризированном поперечном сечении сварного шва, блок распознавания ширины сварного шва в каждом регуляризированном поперечном сечении, блок распознавания и оценки дефектов формы поверхности сварного шва и блок визуализации дефектов формы поверхности сварного шва. Вычислительный центр содержит блок моделирования разрушения сварного шва по форме поверхности сварного шва. Технический результат - возможность определения количественной оценки качества сварного шва по форме его поверхности, распознавания и измерения отдельных дефектов на поверхности сварного шва, а также моделирование разрушения сварного шва по форме его поверхности. 1 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области океанографических измерений. Способ дистанционного определения дисперсии уклонов морской поверхности заключается в том, что импульсным лазером вертикально зондируют морскую поверхность, регистрируют отраженные импульсы и по ним рассчитывают дисперсию уклонов морской поверхности. Предварительно определяют значимую высоту волн hs, вычисляют минимальную длительность зондирующего импульса τm из условия τm4hsc, где с - скорость света. С учетом полученного значения τm формируют зондирующие импульсы рассчитанной длительности и такими импульсами зондируют морскую поверхность. Технический результат изобретения - повышение точности определения дисперсии уклонов морской поверхности. 1 ил.

Наверх