Способ дистанционного определения балльности морского волнения

 

СОЮЗ GOBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„SU„,! 21168 (5D 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ры теплового радиоизлучения, соответствующего 1-ой балльности. гДе GT (d) („)u3— а,—

1 в гГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3625970/24-09 (22) 15.07.83 (46) 15.02.86. Бюл. Ф 6 (71) Горьковский ордена Трудового

Красного Знамени научно-исследовательский радиофизический институт (72) А.Н.Резник и К.С.Станкевич (53) 621.396.96(088.8) (56) Жуков Л.А. Общая океанология.

Л;: Гидрометеоиздат, 1976, с. 124148.

Шутко А.М. Исследование поверхности акватории методами. СВЧ-радиометрии: Обзор . — Радиотехника и электроника, 1979, Т. ХХШ, У 10, с. 2107-2119, 1 (54)(57) СПОСОБ 11ИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ БАЛЛЬНОСТИ МОРСКОГО ВОЛНЕНИЯ, заключающийся в приеме теплового радиоизлучения морской поверхности на движущемся объекте, перемещающемся со скоростью V относительно морской поверхности, и преобразовании принятого теплового радиоизлучения в электрический сигнал, пропорциональный яркостной температуре теплового радиоизлучения, отличающийся тем, что, с целью повышения точности, из электрического сигнала путем полосовой фильтрации формируют ) 1 сигналов спектральных составляющих, причем верхние и нижние граничные частоты сдн;,, . полосовой фильтрации для каждо1.

ro i-го сигнала спектральной состав. ляющей, где 1 4 144, устанавливают по уровню половинной мощности спектра флуктуаций яркостной температуЕХР(0,74 1 ) ч сх a)dx, частотный спектр флуктуаций яркостной температуры, усредненной по площади элемента разрешения на морской поверхности, функция, хар актернзующая диаграмму приемной антенны; угловая частота, постоянный коэффициент ускорение свободного падения; о=""<8о > угол наблюдений, температура морской поверхности скорость движения объекта, скорость ветра у морской поверхности при 1-й балльности, . линейный размер элемента разрешения на морской поверхности, коэффициенты отражения

Френеля электромагнитных волн соответственно вертикальной и горизонтальной поляризации от морской поверхности, 1211680

Измеряют эффективное значение сигналов спектральных составляющих и определяют балльность морского вол4

Изобретение относится к радиометеорологии и может использоваться для определения балльности морского волнения с самолетов и спутников в гидролокации, метеорологии и т.д.

Цель изобретения — повышение точности.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства, с 1Î помощью которого осуществляют предлагаемый способ на фиг. 2 -частотные спектры Ст ())) флуктуаций а яркостной температуры, усредненной по площади элемента разрешения на 15 морской поверхности, для четырех значений балльности р=2,4,6,8; на фиг. 3 — таблица соответствия скорости Vj ветра и балльности Р волнения на фиг. 4 — таблица соответ- 2п ствия частотх)о максимумов граничных частот<3„, Mz по уровню половиннОЙ мОЩИОсти спектРОВ 6а(«)) и ин тенсивности 6 флуктуаций в диапазоне 4«)=<+ оЭ„для девяти значений 25 балльности P волнения.

Устройство содержит антенну 1, радиометр 2, конденсатор 3, восемь параллельно соединенных каналов 4, каждый из каналов 4 содержит полосовой фильтр 5, детектор 6 и интегратор 7, а также регистратор 8, генератор 9 шума и согласованную нагрузку 10.

Устройство работает следующим

35 образом.

Диаметр d антенны I определяется максимально допустимой величине линейного размера а элемента разрешения на поверхности моря и высотой h полета. Максимально допустимая величина а определяется заданной чувствительностью устройства.

В частности, для длины волны =3 см, при a-=100 м, h--1 км (для измерений с самолета), d» 0,3 м, при h=l00 км (для измерений со спутника) йз30 м. нения по максимальному из 1)1 эффективных значений сигналов спектральных составляющих.

Центральные х1; и граничные «3„, «) частоты полосы пропускания полосового фильтра 3, 4 -го канала 4 определяются выражением ())= ()),/ d " Р о (а)

1 V еке(-а, кх ) ч" —, õ з v з;ек<хй) (, ° кк)к ХЕ *

)к ) )к к)Х (к) где С (х)) — частотный спектр флука туаций яркостной теМпературы усредненной на площади элемента разрешения на морской поверхности," К /рад/с);

Ы вЂ” угловая частота (рад/с); а — постоянный коэффициент

4,05 1Π— ускорение свободного и..-;дсния (м/с);

1) ) х) = < )) s @ o

В, — угол наблюдений (рад);

Т, — температура морской поверхности (К);

V — скорость движения объекта, V - скорость ветра у морской поверхности (и/с)

69h

a — — линейный размер злемен1цо та разрешения на морской поверхности, — угловая ширина диаграммы направленности антенны 1, h — высота полета (м1;

11, — коэффициенты отражения

Френеля электромагнитных волн соответственно вертикальной и горизонтальной поляризаций от

) морской поверхности.

Значениям);„,м);„, M для соответствующих значений балльности Р вол1211680 нения, приведены в таблице на фиг.4.

Полосовой фильтр 5 первого канала

4 настроен на частоту u)„„ соответствующую балльности Р=2, полосовой фильтр 5 второго канала 4 настроен на частоту «) о, соответствующую балльности Р=З и т.д. Полосовой фильтр 5 восьмого канала 4 настроен на частоту соответствующую балльности Р=9. Постоянная времени интеграторов 7 т, О,)L „ и, где ь — время определения сигналов в регистраторе.8. В свою очередь, . ь ограничено снизу величиной Й определяемой заданной чувствительностью устройства, а сверху. — временем пролета летательного аппаЦ рата над районом наблюдения. Велим чина определяется скоростью V полета и максимально допустимой протяженностью L района измерения

L (L = — ). В связи с особенностью гидрометеорологических процессов, влияющих на развитие волн на поверхности морей и океанов, 1 <100 км.

Величина (5 для варианта устройства, приведенного на фиг. 1, определяется из следующего выражения:

Т а () (2)

dй з где T„ — 300 K — температура излучения морской поверхности, Д, Я вЂ” полоса высокочастотного тракта радиометра 2, — шумовая температура устройства (для расчета t 5,(P = 2) =3, 7

10 "К).

При измерении балльности морского волнения с самолета 1 =10 с, LL, =600 с, при измерении балльности морского волнения со спутника б =

=1 с, с,,=12,5 с.

В качестве регистратора 8 может быть использована мини ЭВИ, в частности, Д3-28.

Измерение балльности морского волнения с помощью устройства (фиг.1) осуществляют следующим образом.

Принимают тепловое радиоизлучение морской поверхности с помощью антенны 1. Осуществляют преобразование радиоизлучения в электричес40

5 !

О

35 кий сигнал, пропорциональный его яркостной температуре, с помощью радиометра 2. Выделяют переменную составляющую электрического сигнала, пропорциональную флуктуациям яркостной температуры с помощью конденсатора 3.

Выделяют восемь спектральных интервалов флуктуаций яркостной температуры, с помощью полосовых фильтров 5 каналов 4. Измеряют сигналы, пропорциональные интенсивности флуктуаций яркостной температуры в каждом из спектральных интервалов.

Для этого в каждом из каналов 4 сигналы с выходов полосовых фильтров 5 последовательно детектируют с помощью детекторов 6 и усредняют во времени с помощью интеграторов 7. С помощью регистратора 8 осуществляют запись сигналов „; с выходов соответствующих каналов 4 (i — поряд- ковый номер канала). Подключают на вход радиометра 2 согласованную на— грузку 10 и записывают с помощью регистратора 8 сигналы нулевых уровней ;, с выходов соответствующих каналов 4. Подключают на вход радиометра 2 генератор 9 шума. С помощью регистратора 8 осуществляют запись калибровочных сигналов И„ с выходов соответствующих каналов

4. С помощью регистратора 8 осуществляют обработку сигналов h

Hi

Сигналы Т; на выходах

oi r регистратора 8 связаны с калибровочной температурой генератора 9 шума. н "o . (3)

l1 „;.и пропорциональны интенсивности флуктуаций яркостной температуры в соответствующих спектральных интервалах.

Определяют спектральный интервал, интенсивность флуктуаций в котором максимальна. Поскольку каждый выделенный спектральный интервал соответствует определенной балльности волнения, то, зная интервал, в котором интенсивность флуктуаций максимальна, по таблице, приведенной на фиг. Зб, определяют соответствующую балльность волнения.

1:,.>и реализации способа с помощью устройства (фиг. 1) можно опреде1211б80 лить степень морского волнения выше 2-х баллов

Действительно, шумов ая температура Й„, устройства — (4) где Т„- 300"- К вЂ” температура излучения морской поверхности

4 Я - полоса высокочастот ного тракта радиометра 2, б — время усреднения сигналов в регистраторе 8.

При4Я =100 МГц, La=10 с (при измерении с самолета), 6Q.=I ГГц, L>=I0 с (при измерении со спутника), 2 ° 10 К. Как видно из таблицы, ь приведенной на фиг. Зб, 8„=47 ° 10 (t 6;-3,7 10

Таким образом, предлагаемый способ дает возможность определять балльность морского волнения по спектру флуктуаций яркостной температуры теплового радиоизлуче10 ния морской поверхности, при этом выделяются спектральные интервалы флуктуаций, центральная частота и граничные частоты каждого из которых соответствуют определенной балль. !

5 ности волнения. Это позволяет исключить влияние таких факторов, как брызги, пена, мелкомасштабная рябь, нефтяная пленка и т.д., имеющих другие характерные частоты, 20 и обеспечить положительный эффект— повышение точности определения балльности °

° „г

1D

10В

Ю

rn ы

gl5 цЗ

Риз P

Фиг. Ф

ВНИИПИ Заказ 638/51 Тираж 730 Подписное

Филиал ППП "Патент",г.ужгород,ул.Проектная,4