СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ И ПОСТРОЕНИЯ ПРОСТРАНСТВЕННОГО РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ОКЕАНОГРАФИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК И СИСТЕМА ДЛЯ ЕГО РЕАЛИЗАЦИИ Российский патент 2015 года по МПК G01W1/00 G01C13/00 

Изобретение относится к определению океанографических характеристик и построению их пространственного распределения и может быть использовано для географических и природоресурсных исследований океанов и морей.

Известен способ определения океанографических характеристик и устройство для его реализации, основанные на использовании набора измерительных датчиков, которые с помощью самолета или судна погружают в воду, зондируют ими водную толщу до дна, измеряя при этом океанографические характеристики. Результаты измерения записывают и хранят в устройстве памяти, а затем, когда датчики находятся на поверхности, по команде в определенный момент времени передают их на искусственный спутник Земли или другое приемное устройство (патент США N 5209112, кл. G01W 1/00 [1]). Недостатком описанных способа и устройства для его реализации является низкая информативность измерений, обусловленная невозможностью измерения параметров светового поля над морской поверхностью, в части регистрации спектров выходящего из моря солнечного излучения, несущих информацию о концентрации в морской воде взвешенного минерального и органического, а также растворенного органического веществ, но которые регистрируются спутниковой аппаратурой. Также описанные способ и устройство не позволяют достичь относительно высокой точности корректировки спутниковых данных из-за недостаточного объема информации. Известен также способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик и система для его реализации, основанные на комплексных подспутниковых (судовых) и спутниковых измерениях океанографических характеристик с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, при этом с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, установленных на судне, измеряют океанографические характеристики, а именно гидрофизические характеристики морской воды и ее поверхности, метеорологические характеристики и параметры светового поля над морской поверхностью с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, установленных на искусственных спутниках Земли, зондируют водную поверхность и принимают данные дистанционного зондирования водной поверхности, данные подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти, по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственное распределение океанографических характеристик, исследуемых акваторий (Дистанционное зондирование моря с учетом атмосферы. /Под ред. В.А. Урденко и Г. Циммермана. Сб. статей, Выпуск института Космических исследований АН ГДР, Москва-Берлин-Севастополь, 1985, с.6-19 [2]).

Недостатками описанных способа и системы для его реализации являются низкая информативность измерений и точность корректировки спутниковых данных за счет недостаточной синхронности подспутниковых (судовых) и спутниковых измерений, что приводит к необходимости пространственно-временного усреднения измеряемых океанографических характеристик, а также высокая стоимость описанных способа и системы. Недостаточная синхронность подспутниковых (судовых) и спутниковых измерений и низкая точность определения океанографических характеристик с использованием описанного выше способа обусловлена тем, что измерения выполняют на стоянках (на станциях) судна путем зондирования измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами водной толщи или путем их буксировки на ходу судна, при этом в последнем случае измерения в поверхностных слоях воды производят в возмущенной корпусом движущегося судна водной среде, что вносит значительную погрешность в определение реальных значений гидрофизических и других океанологических характеристик.

Высокая стоимость описанного выше способа и системы для ее реализации обусловлена тем, что для проведения подспутниковых измерений используют научно-исследовательское судно, имеющее водоизмещение от 800-1000 и более тонн и оснащенное дорогостоящей научной аппаратурой и оборудованием. На эксплуатацию такого судна тратятся большие финансовые средства. Кроме того, для эксплуатации и обслуживания сложной научной аппаратуры и оборудования, а также для научного руководства экспериментальными работами в море привлекается большое число высококвалифицированных специалистов, которые относительно длительное время проводят в море и в связи с этим на их содержание тратятся также большие денежные средства.

Известно также техническое решение которое направлено на повышение информативности измерений и точности определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик (океанографических полей) исследуемых акваторий, а также в снижении стоимости способа и системы для его реализации (патент RU №2156958 С1, 27.09.2000 [3]).

Указанная задача решается за счет того, что способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, заключающийся в том, что с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств производят комплексные подспутниковые (судовые) и спутниковые измерения океанографических характеристик, при этом результаты подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти и по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственные распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий, дополнен тем, что первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств погружают в воду, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на носовой части судна, расположенной над водой, третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на борту судна, в режиме реального времени считывают и записывают показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, в устройство считывания первичных данных, в котором показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств в процессе непрерывных измерений периодически обновляют, с искусственного спутника Земли принимают данные дистанционного зондирования водной поверхности Земли считывают координаты судна из устройства определения координат судна, из устройства определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. считывают координаты луча сканирования водной поверхности, сравнивают их с упомянутыми координатами судна и в случае их совпадения в пределах пространственной разрешающей способности измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств упомянутого искусственного спутника Земли и устройства определения координат судна из упомянутого устройства считывания первичных данных считывают в упомянутое устройство памяти и запоминают соответствующие упомянутым координатам показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, и соответствующие значения упомянутых координат, регистрируют данные дистанционного зондирования водной поверхности искусственным спутником Земли, определяют градуировочные коэффициенты и по упомянутым показаниям измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов датчиков и комплексных измерительных устройств, полученным при совпадении координат судна и координат луча сканирования водной поверхности Земли, корректируют упомянутую спутниковую информацию.

При этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств крепят жестко с помощью электромагнитного устройства или постоянного магнита к носовой части судна ниже его ватерлинии, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещают на носовой части судна над водой таким образом, чтобы в поле зрения упомянутого второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств не попадало отраженное от морской поверхности рассеянное бортом носовой части судна солнечное излучение. Первым, вторым и третьим наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измерения выполняют на ходу судна в невозмущенной водной среде. Первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств контактно измеряют изменение скорости воды и вибрацию судна, температуру, электропроводность и давление воды, концентрацию кислорода и показатель рассеяния света в воде. Вторым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют контактно температуру, влажность и давление атмосферного воздуха, направление и скорость приводного ветра, дистанционно в забортной морской воде флюоресценцию хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, дистанционно - радиационную температуру морской поверхности, спектральные яркость неба, яркость моря и облученность морской поверхности солнечным излучением. Третьим набором датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют в проточной забортной морской воде спектральный показатель ослабления света, флюоресценцию хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, концентрацию хлорофилла, каротиноидов, феофитина, углерода, при этом в третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств забортную морскую воду подают по водопроводу автоматически на ходу судна из устройства забора забортной воды, размещенного в первом наборе измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств.

Поставленная задача решается также и за счет того, что в систему определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, включающую измерительные датчики и комплексные измерительные устройства, устройство приема спутниковых данных и устройство памяти, дополнительно введены устройство считывания первичных данных, устройство управления, устройство определения координат луча сканирования водной поверхности Земли искусственным спутником Земли и устройство определения координат судна, устройство хранения спутниковых данных и устройство корректировки спутниковых данных и хранения океанографических характеристик, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств закреплен на носовой части судна, находящейся под водой, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещены соответственно на носовой части судна, расположенной над водой, и борту упомянутого судна, упомянутые первый, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств соединены с упомянутым устройством считывания первичных данных, которое соединено с упомянутым устройством управления и с упомянутым устройством памяти, при этом упомянутое устройство управления соединено с упомянутым устройством определения координат судна и с упомянутым устройством определения координат луча сканирования водной поверхности Земли искусственным спутником Земли, которое соединено с упомянутым устройством приема спутниковой информации, соединенным с устройством хранения спутниковой информации, в свою очередь соединенным с упомянутым устройством коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных, которое соединено с упомянутым устройством памяти. При этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств содержит устройство забора забортной морской воды, соединенное водопроводом с третьим набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, трехкоординатный измеритель изменения скорости воды и вибрации судна и измерительные датчики: температуры, электропроводности и давления морской воды, показателя рассеяния света в воде и концентрации в ней кислорода. Все упомянутые измерительные датчики и комплексные измерительные устройства размещены в герметичном контейнере, который жестко прикреплен к носу судна ниже его ватерлинии с помощью электромагнита (или постоянного магнита) и к которому прикреплен страховочный трос, второй конец которого закреплен на борту судна, и соединен с устройством считывания первичных данных многожильным герметичным электрическим кабелем. Второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств содержит измерительные датчики температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измеритель флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель радиационной температуры морской поверхности (радиометр) и измеритель спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Все упомянутые измерительные датчики и комплексные измерительные устройства, входящие в состав второго набора, расположены на носовой части судна над водой таким образом, чтобы в поле зрения измерителя спектральной яркости моря не попадало отраженное от морской поверхности рассеянное бортом носовой части судна солнечное излучение, и соединены с помощью электрического кабеля с устройством считывания первичных данных. Третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств содержит измеритель спектрального показателя ослабления света морской воды, измеритель флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель концентрации хлорофилла, каротиноидов, феофитина, растворенного (желтого) органического вещества, углерода. Все упомянутые датчики и комплексные измерительные устройства, входящие в состав третьего набора, расположены на борту судна (в судовой лаборатории) и соединены с помощью электрического кабеля с устройством считывания первичных данных, а с помощью водопровода - с устройством забора забортной морской воды. Повышение информативности измерений и точности определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий в известном изобретении [3] достигается за счет осуществления автоматизированных синхронных измерений в реальном времени с помощью трех наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, установленных на судне, и измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, расположенных на искусственном спутнике Земли, и за счет запоминания результатов измерений в моменты совпадения координат судна и координат луча сканирования поверхности океана измерительными датчиками искусственного спутника Земли, при этом предлагаемое устройство позволяет проводить измерения гидрофизических и других океанологических характеристик в невозмущенной корпусом движущегося судна водной среде и над невозмущенной корпусом судна водной поверхностью.

Более низкая по сравнению с ближайшим аналогом стоимость заявляемых способа и системы достигается за счет того, что заявляемые способ и система могут эксплуатироваться на любых судах, например рыболовецких, причем преимущественно на ходу судна и обслуживаться персоналом, имеющим относительно невысокую квалификацию. Более того, внедрив в практику океанологических исследований изобретение, можно увеличить число одновременно эксплуатируемых судов, не увеличивая финансовые средства, затрачиваемые в настоящее время для этих целей.

Недостатками известного способа определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик является то, что измерительные датчики связаны с судном (первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств прикреплен к носовой части судна ниже его ватерлинии), которое подвержено возмущающим факторам метеорологического и гидрологического происхождения, а следовательно и на измерительные датчики будут воздействовать те же возмущающие факторы, что и на судно, т.е. имеет место невысокая достоверность результатов измерений.

Кроме того, известный способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик обеспечивает локальные измерения, что обусловлено налагаемыми ограничениями при выполнении измерений, например, на скорость движения судна и на мореходность, т.е. для получения необходимых массивов измерений по большим площадям потребуется проведение длительных измерений. Также из описания изобретения непонятно, на каком принципе работает «трехкоординатный измеритель изменения скорости воды и вибрации судна», что ставит под сомнение промышленную реализацию известного способа определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик.

Задачей заявляемого технического решения является повышение достоверности и информативности способа определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик.

Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, заключающемся в том, что с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств производят комплексные подспутниковые (судовые) и спутниковые измерения океанографических характеристик, при этом результаты подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти и по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственные распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий, при этом первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют температуру, электропроводность и давление морской воды, концентрацию кислорода и показатель рассеяния света в воде, которые погружают в воду, вторым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют температуру, влажность и давление атмосферного воздуха, направление и скорость приводного ветра, флюоресценцию фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, радиационную температуру морской поверхности и спектральные яркость неба, яркость моря и облученность морской поверхности солнечным излучением и размещают их на носовой части судна, расположенной над водой, третьим набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют спектральный показатель ослабления света морской воды, флюоресценцию хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, концентрацию хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, концентрацию хлорофилла, каротиноидов, феофитина, растворенного (желтого) органического вещества, углерода и размещают их на борту судна, в режиме реального времени считывают и записывают показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, в устройство считывания первичных данных, в котором показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств в процессе непрерывных измерений периодически обновляются, с искусственного спутника Земли принимают данные дистанционного зондирования водной поверхности, считывают координаты судна из устройства определения координат судна, из устройства определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли считывают координаты луча сканирования водной поверхности, сравнивают их с упомянутыми координатами судна и в случае их совпадения в пределах пространственной разрешающей способности измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств упомянутого искусственного спутника Земли и устройства определения координат судна из упомянутого устройства считывания первичных данных считывают в упомянутое устройство памяти и запоминают соответствующие упомянутым координатам показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, и соответствующие значения упомянутых координат, регистрируют данные дистанционного зондирования водной поверхности искусственным спутником Земли, определяют градуировочные коэффициенты и по упомянутым показаниям измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов датчиков и комплексных измерительных устройств, полученным при совпадении координат судна и координат луча сканирования водной поверхности, корректируют упомянутую спутниковую информацию, в отличие от прототипа [3] дополнительно размещают четвертый и пятый наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств на спускаемом за борт зондах и дрейфующих буях, посредством четвертого набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют температуру воздуха, скорость и направление ветра, атмосферное давление, электропроводность воды, температуру воды в поверхностном слое и на двенадцати горизонтах до глубины 250 м, гидростатическое давление, высоту, скорость, период и направление морских волн, пятым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют составляющие вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговую чувствительность концентрации сульфидов, посредством второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств дополнительно измеряют видимость и высоту облачности, а в систему определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, включающую наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, устройство приема спутниковых данных и устройство памяти, устройство считывания первичных данных, устройство управления, устройство определения координат луча сканирования водной поверхности Земли измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами искусственного спутника Земли и устройство определения координат судна, устройство хранения спутниковых данных и устройство корректировки спутниковых данных и хранения океанографических характеристик, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств закреплен на носовой части судна, находящейся под водой, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещены соответственно на носовой части судна, расположенной над водой, и борту упомянутого судна, первый, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств соединены с устройством считывания первичных данных, которое соединено с упомянутыми устройством управления и устройством памяти, при этом устройство управления соединено с устройством определения координат судна и с устройством определения координат луча сканирования водной поверхности Земли измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами искусственного спутника Земли, которое соединено с устройством приема спутниковой информации, соединенным с устройством хранения спутниковой информации, в свою очередь, соединенным с устройством коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных, которое соединено с упомянутым устройством памяти, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде и устройства забора забортной морской воды, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя (радиометра) радиационной температуры морской поверхности и измерителя спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением, третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла, каротиноидов, феофитина, растворенного (желтого) органического вещества, углерода, дополнительно введены четвертый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, включающий датчики измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности воды, температуры воды в поверхностном слое и на двенадцати горизонтах до глубины 250 м, гидростатического давления, высоты, скорости, периода и направления морских волн, размещенный на дрейфующих буях, и пятый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов, размещенных на спускаемых за борт зондах, соединенных с устройством считывания первичных данных.

Изобретение поясняется чертежом, на котором приведена функциональная схема заявляемой системы.

Система определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик состоит из первого набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 1, второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 2, третьего набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 3, устройства считывания первичных данных 4, устройства управления 5, устройства определения координат судна 6, устройства приема спутниковой информации 7, устройства определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли 8, устройства хранения спутниковой информации 9, устройства памяти 10, устройства корректировки спутниковой информации и хранения океанографических полей 11. В состав первого набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 1 входят датчики температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода и показателя рассеяния света в воде и устройство забора забортной морской воды 12. Все измерительные датчики и комплексные измерительные устройства, входящие в состав первого набора 1, и устройство забора забортной морской воды 12 размещены в контейнере, который жестко прикреплен к носовой части судна ниже его ватерлинии с помощью электромагнита (или постоянного магнита), и для повышения надежности его крепления используется страховочный трос, который одним своим концом прикреплен к контейнеру, содержащему набор 1, а вторым концом закреплен на борту судна. Все измерительные датчики и комплексные измерительные устройства, входящие в состав первого набора 1, соединены с устройством считывания первичных данных 4 многожильным герметичным электрическим кабелем 13. Устройство забора забортной морской воды 12 соединено с третьим набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 3 с помощью водопровода 14. При этом контейнер с первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 1 и устройством забора забортной морской воды 12 прикреплен к носовой части судна так, что упомянутые измерительные датчики и устройство забора забортной морской воды 12 находятся в невозмущенной корпусом движущегося судна водной среде, а входное отверстие устройства забора забортной морской воды 12 направлено в сторону движения судна (по ходу судна).

В состав второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 2 входят датчики температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измеритель флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель радиационной температуры морской поверхности (радиометр) и измеритель спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением, устройство измерения видимости и высоты облачности. Второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 2 размещен на носовой части судна, расположенной над водой таким образом, чтобы в поле зрения измерителя спектральной яркости моря не попадало отраженное от морской поверхности рассеянное бортом носовой части судна солнечное излучение. Каждый из датчиков, входящих в состав второго набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 2, соединен с помощью электрического многожильного кабеля 15 с устройством считывания первичных данных 4. В состав третьего набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 3 входят измеритель спектрального показателя ослабления света морской воды, измеритель флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измеритель концентрации хлорофилла, каротиноидов, феофитина, растворенного (желтого) органического вещества, углерода. Третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 3 размещен на борту судна в судовой лаборатории. Каждый из датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в третий набор 3, соединен с помощью электрического многожильного кабеля 16 с устройством считывания первичных данных 4. Устройство считывания первичных данных 4 соединено с устройством управления 5. Устройства управления 5 соединено с устройством определения координат судна 6, например навигационным прибором "GPS" и с устройством определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли 8. Устройство определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли 8 соединено с устройством приема спутниковой информации 7, которое соединено с устройством хранения спутниковой информации 9, соединенным с устройством корректировки спутниковой информации и хранения океанографических полей 11. Устройство корректировки спутниковой информации и хранения океанографических полей 11 соединено с устройством памяти 10, соединенным с устройством считывания первичных данных 4. Устройства 1÷16 являются эквивалентными устройствам прототипа [3].

В отличие от прототипа [3] четвертый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 18 включает датчики измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности воды, температуры воды в поверхностном слое и на двенадцати горизонтах до глубины 250 м, гидростатического давления, высоты, скорости, периода и направления морских волн, соединенный с устройством считывания первичных данных 4 посредством гидроакустического канала и спутникового канала связи. Четвертый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 18 размещен на дрейфующих буях. Пятый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 19 измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов, размещен на спускаемом за борт зондах, соединенных с устройством считывания первичных данных 4 с помощью электрического многожильного кабеля 20.

Дрейфующий буй выполнен в виде сферы диаметром 0,9 м и состоит из двух полусфер, верхней и нижней. В нижней полусфере размещены электронные блоки, датчики и аккумуляторные батареи. Верхняя половина выполнена из оптически прозрачного материала и защищает от воздействия влаги расположенные под ней солнечные панели, антенны и сигнальный огонь.

Передача измеренной информации может осуществляться через спутниковые системы Inmarsat или Argos через GSM-модем и модем гидроакустической связи, антенна которой установлена в нижней полусфере, а при необходимости и с использованием УКВ радиопередатчика.

Датчики измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности и температуры воды, гидростатического давления в поверхностном слое представляют собой промышленно выпускаемые датчики, предназначенные для работы в морских условиях.

Датчик измерения высоты, скорости, периода и направления морских волн представляет собой радиовысотомер малых высот, четыре микрополосковых антенны которого размещены по частям света на накрест расположенных направляющих, выполненных из макролона и установленных на мачте дрейфующего буя, и формирующие четыре луча электромагнитного излучения. Электронные блоки, реализующие программно-математическое обеспечение и функционирование датчика в целом, размещены в нижней полусфере дрейфующего буя.

Зонд представляет собой устройство цилиндрической формы соединенное с судном выдвижным кабель-тросом, внутри которого установлены датчики измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука в воде, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов.

Дополнительно размещают четвертый и пятый наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств на дрейфующих буях и спускаемых за борт зондах, посредством четвертого набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют температуру воздуха, скорость и направление ветра, атмосферное давление, электропроводность воды, температуру воды в поверхностном слое и на двенадцати горизонтах до глубины 250 м, гидростатическое давление, высоту, скорость, период и направление морских волн, пятым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют составляющие вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговую чувствительность концентрации сульфидов.

Количество используемых дрейфующих буев и зондов определяется условиями проведения измерений и объемом получения необходимой информации в зависимости от решаемых задач.

Система работает следующим образом.

Показания измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав первого 1, второго 2, третьего 3, четвертого 18 и пятого 19 наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, автоматически в режиме реального времени считываются в устройство считывания первичных данных 4, в котором эти данные хранятся и периодически обновляются. При этом каждому измерительному датчику и комплексному измерительному устройству, входящему в первый 1, второй 2, третий 3, четвертый 18 и пятый 19 наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, соответствует свой адрес в устройстве считывания первичных данных 4. В процессе выполнения измерений на ходу судна в третий набор измерительных датчиков 3 из устройства забора забортной воды 12, расположенного в контейнере вместе с первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств 1, автоматически постоянно на ходу судна по водопроводу 14 поступает забортная морская вода, которая используется измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами, входящими в третий набор 3, для анализа содержания в ней различных веществ. Сведения о месте нахождения судна поступают из устройства определения координат судна 6 в устройство управления 5, в которое одновременно из устройства определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 поступает информация о координатах луча сканирования водной поверхности измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами искусственного спутника Земли. Координаты луча сканирования определяются следующим образом. В устройстве определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 хранятся данные о параметрах движения искусственных спутников Земли. В момент времени, когда сигнал, передаваемый со спутника, попадает в область уверенного приема спутникового сигнала устройством приема спутниковой информации 7, расположенным на судне, из устройства приема спутниковой информации 7 в устройство определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 поступают сигналы, соответствующие началу приема каждой строки сканирования. В устройстве определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 на основании этих данных и параметров движения искусственных спутников Земли автоматически для каждого момента времени определяются координаты луча сканирования водной поверхности Земли, которые затем и поступают в устройство управления 5. Одновременно, начиная с момента начала приема, в устройство хранения спутниковой информации 9 поступают данные из устройства приема спутниковой информации 7. В устройстве управления 5 упомянутые координаты сравниваются и, в случае их совпадения в пределах пространственной разрешающей способности измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств спутника и устройства определения координат судна 6, из устройства управления 5 в устройство считывания первичных данных 4 автоматически передаются упомянутые координаты и команда, по которой данные, соответствующие показаниям измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав первого 1, второго 2, третьего 3, четвертого 18 и пятого 19 наборов, считываются из устройства считывания первичных данных 4 и записываются в устройство памяти 10 по адресам, соответствующим номерам измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, в которое одновременно записываются совпавшие координаты судна и координаты луча сканирования водной поверхности измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами искусственного спутника Земли. Затем эти данные передаются в устройство корректировки спутниковой информации и хранения океанографических характеристик 11, в которое также из устройства 9 хранения спутниковой информации поступает спутниковая информация и соответствующие каждому пикселю координаты луча сканирования водной поверхности Земли, в которое, в свою очередь, из устройства определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8 поступают текущие значения координат луча сканирования. В устройстве корректировки спутниковой информации и хранения океанографических характеристик 11 сопоставляются спутниковые данные и результаты измерений, полученные измерительными датчиками и комплексными измерительными устройствами, входящими в состав первого 1, второго 2, третьего 3, четвертого 18 и пятого 19 наборов, в момент совпадения координат судна и луча сканирования. По результатам сопоставления определяются градуировочные коэффициенты, которые используются для корректировки полученной со спутника информации. По специальным алгоритмам и математическим программам с учетом гидрометеорологических условий проведения подспутниковых измерений и параметров атмосферы производится автоматическая корректировка спутниковой информации в отношении каждого пикселя для всех пикселей, составляющих спутниковую информацию, по которым определяются океанографические характеристики и строятся их пространственные распределения (океанографические поля). Устройство памяти 10, устройство хранения спутниковой информации 9, устройство управления 5, устройство определения координат луча сканирования искусственным спутником Земли 8, устройство корректировки спутниковой информации и хранения океанографических характеристик 11 могут быть реализованы на базе стандартной ЭВМ.

Источники информации.

1. Патент US №5209112.

2. Дистанционное зондирование моря с учетом атмосферы. /Под ред. В.А. Урденко и Г. Циммермана. Сб. статей, Выпуск института Космических исследований АН ГДР, Москва-Берлин-Севастополь, 1985, с.6-19.

3. Патент RU №2156958 С1, 27.09.2000.

Изобретение может быть использовано для определения океанографических характеристик и выявления их пространственного распределения. Сущность: система включает подспутниковые (судовые) и спутниковые средства измерений океанографических характеристик. Подспутниковые средства измерений представлены пятью наборами измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, первый (1) из которых размещен на носовой части судна, находящейся под водой, второй (2) - на носовой части судна, находящейся над водой, третий (3) - на борту судна, четвертый (18) - на дрейфующих буях, а пятый (19) - на спускаемых за борт зондах. Первый (1) набор состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде, устройства (12) забора забортной морской воды. Второй (2) набор состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя (радиометра) радиационной температуры морской поверхности и измерителя спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением. Третий (3) набор состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода. Четвертый (18) набор состоит из датчиков измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности воды, температуры воды в поверхностном слое, гидростатического давления, высоты, скорости, периода и направления морских волн. Пятый (19) набор состоит из устройств измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов на двенадцати горизонтах до глубины 250 м. Спутниковые средства измерений включают устройство (6) определения координат судна и устройство (8) определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли. Показания подспутниковых средств измерений используют при корректировке спутниковых данных в устройстве (11) корректировки спутниковой информации и хранения океанографических данных. Технический результат: повышение информативности и достоверности при определении океанографических характеристик и выявлении их пространственного распределения. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

1. Способ определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, заключающийся в том, что с помощью измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств производят комплексные подспутниковые (судовые) и спутниковые измерения океанографических характеристик, при этом результаты подспутниковых и спутниковых измерений сохраняют в устройстве памяти и по показаниям упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств корректируют спутниковые данные, по которым определяют и строят пространственные распределения океанографических характеристик исследуемых акваторий, при этом первым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, которые погружают в воду, измеряют температуру, электропроводность и давление морской воды, концентрацию кислорода и показатель рассеяния света в воде, вторым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют температуру, влажность и давление атмосферного воздуха, направление и скорость приводного ветра, флюоресценцию фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, радиационную температуру морской поверхности и спектральные яркость неба, яркость моря и облученность морской поверхности солнечным излучением и размещают их на носовой части судна, расположенной над водой, третьим набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют спектральный показатель ослабления света морской воды, флюоресценцию хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, концентрацию хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, концентрацию каротиноидов, феофитина, углерода и размещают их на борту судна, в режиме реального времени считывают и записывают показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, в устройство считывания первичных данных, в котором показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств в процессе непрерывных измерений периодически обновляются, с искусственного спутника Земли принимают данные дистанционного зондирования водной поверхности, считывают координаты судна из устройства определения координат судна, из устройства определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли считывают координаты луча сканирования водной поверхности, сравнивают их с упомянутыми координатами судна и в случае их совпадения в пределах пространственной разрешающей способности измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств упомянутого искусственного спутника Земли и устройства определения координат судна из упомянутого устройства считывания первичных данных считывают в упомянутое устройство памяти и запоминают соответствующие упомянутым координатам показания упомянутых измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, и соответствующие значения упомянутых координат, регистрируют данные дистанционного зондирования водной поверхности искусственным спутником Земли, определяют градуировочные коэффициенты и по упомянутым показаниям измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, входящих в состав упомянутых первого, второго и третьего наборов датчиков и комплексных измерительных устройств, полученным при совпадении координат судна и координат луча сканирования водной поверхности, корректируют упомянутую спутниковую информацию, отличающийся тем, что дополнительно размещают четвертый и пятый наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств на дрейфующих буях и спускаемых за борт зондах, посредством четвертого набора измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют температуру воздуха, скорость и направление ветра, атмосферное давление, электропроводность воды, температуру воды в поверхностном слое и на двенадцати горизонтах до глубины 250 м, гидростатическое давление, высоту, скорость, период и направление морских волн, пятым набором измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измеряют составляющие вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговую чувствительность концентрации сульфидов.

2. Система определения и построения пространственного распределения океанографических характеристик, включающая наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, устройство приема спутниковых данных и устройство памяти, отличающаяся тем, что в систему дополнительно введены устройство считывания первичных данных, устройство управления, устройство определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли и устройство определения координат судна, устройство хранения спутниковых данных и устройство корректировки спутниковых данных и хранения океанографических характеристик, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств закреплен на носовой части судна, находящейся под водой, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств размещены соответственно на носовой части судна, расположенной над водой, и борту упомянутого судна, первый, второй и третий наборы измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств соединены с устройством считывания первичных данных, которое соединено с упомянутыми устройством управления и устройством памяти, при этом устройство управления соединено с устройством определения координат судна и с устройством определения координат луча сканирования водной поверхности искусственным спутником Земли, которое соединено с устройством приема спутниковой информации, соединенным с устройством хранения спутниковой информации, в свою очередь, соединенным с устройством коррекции спутниковой информации и хранения океанографических данных, которое соединено с упомянутым устройством памяти, при этом первый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из датчиков температуры, электропроводности и давления морской воды, концентрации кислорода, показателя рассеяния света в воде и устройства забора забортной морской воды, второй набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из датчиков температуры, влажности и давления атмосферного воздуха, направления и скорости приводного ветра, измерителя флюоресценции фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя (радиометра) радиационной температуры морской поверхности и измерителя спектральных яркости неба, яркости моря и облученности морской поверхности солнечным излучением, третий набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств состоит из измерителя спектрального показателя ослабления света морской воды, измерителя флюоресценции хлорофилла фитопланктона и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации хлорофилла и растворенного (желтого) органического вещества, измерителя концентрации каротиноидов, феофитина, углерода, отличающаяся тем, что введены четвертый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств, включающий датчики измерения температуры воздуха, скорости и направления ветра, атмосферного давления, электропроводности воды, температуры воды в поверхностном слое, гидростатического давления, высоты, скорости, периода и направления морских волн, размещенных на дрейфующих буях, и пятый набор измерительных датчиков и комплексных измерительных устройств измерения составляющих вектора подводных течений, скорости распространения звука, температуры, относительной электропроводности, гидростатического давления, концентрации растворенного кислорода, показателя ионов водорода, пороговой чувствительности концентрации сульфидов на двенадцати горизонтах до глубины 250 м, размещенных на спускаемых за борт зондах, соединенных с устройством считывания первичных данных.