Способ дистанционного определения балльности морского волнения Советский патент 1986 года по МПК G01S13/95 

Измеряют эффективное значение сигналов спектральных составляющих и определяют балльность морского волИзобретение относится к радиометеорологии и может использоваться для определения балльности морского волнения с самолетов и спутников в гидролокации, метеороло- Гйи и т.д.

Цель изобретения - повышение точности.

На фиг. 1 приведена структурная электрическая схема устройства, с помощью которого осуществляют предлагаемый способ; на фиг. 2 -частотные спектры G-J- (uj) флуктуации яркостной температуры, усредненной по площади элемента разрешения на морской поверхности, для четьфех знчений балльности ,4,6,8; на фиг. 3 - таблица соответствия скорости Vg ветра и балльности Р волнения;, на фиг. 4 - таблица соответ- ствия частот иЗ максимумов граничных частот cJ, u) по уровню половинной МО1ЦНОСТИ спектров 0(.(и)) и интенсивности 6. флуктуации в диапазоне Ati) cJ,-ц) для девяти значений балльности Р волнения.

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

Устройство работает следующим образом.

Диаметр d антенны 1 определяется максимально допустимой величине линейного размера а элемента разрешения на поверхности моря и вы- сотой h полета. Максимально допустимая величина а определяется заданной чувствительностью устройства В частности, для длины волныД 3 см при м, км (для измерений с самолета), ds; 0,3 м; при IIM (для измерений со спутника) d2-30 м.

нения по максимальному из М эффективных значений сигналов спектральных составляющих.

0 5 0 5

о

Центральные cj; и граничные J , tO частоты полосы пропускания полосового фильтра 5, ( -го канала 4 определяются выражением

jR

-г,

.(..л.().-..

,

О(

i

V(

lih (XA) (ХА)

(Г

dx, (1)

(vV- Г

где Gj(jj) - частотный спектр флуктуации яркостной TeWne- ратуры усредненной на площади элемента разрешения на морской поверхности,- кVpaд/c);

(х/ - угловая частота (рад/с);

а - постоянный коэффициент 4,05 10 - ;

g - ускорение свободного падения (м/с) j

fJ(y:COS&o

&д - угол наблюдений (рад) J TO - температура морской

поверхности (К); V - скорость движения объекта J

скорость ветра у морской поверхности (м/с).

a:v

uf-h /«о

линейный размер элемента разрешения на морской поверхности; ДМ угловая ширина диаграммы направленности антенны I}

h - высота полета (м р,„ R|. - коэффициенты отражения Френеля электромагнитных волн соответственно вертикальной и горизонтальной поляризаций от морской поверхности. Значения aJjo, ojj ,и);, соответствующих значений балльности Р волнения, приведены в таблице на фиг.4. Полосовой фильтр 5 первого канала 4 настроен на частоту cJ,, соответствующую балльности , полосовой фильтр 5 второго канала 4 настроен на частоту ( соответствующую балльности и т.д. Полосовой фильтр 5 восьмого канала 4 настроен На частоту ь„ соответствующую балльности . Постоянная времени t интеграторов 7

t.o.ii:,

где ц - время определения сигналов в регистраторе.8. В свою очередь, t- ограничено снизу величиной tj , определяемой заданной чувствительностью устройства, а сверху - временем Li пролета летательного аппарата над районом наблюдения. Величина ti, определяется скоростью V полета и максимально допустимой протяженностью L района измерения

(Т, - ). В связи с особенностью

гидрометеорологических процессов, влияющих на развитие волн на поверхности морей и океанов, - 100 км Величина t., для варианта устройства приведенного на фиг. 1, определяется из следующего выражения:

г м / л

)- (2)

где 300 К - температура и-злучени

морской поверхности Д И - полоса высокочастотного тракта радиометра 2;

i.u, - шумовая температура устройства (для расчета () 3 , 7

).

При измерении балльности морского волнения с самолета L,,10 с, tj 600 с, при измерении балльности морского волнения со спутника tj 1 с, 1 12,5 с.

В качестве регистратора 8 быть использована мини ЭВМ, в частности, ДЗ-28.

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

Принимают тепловое радиоизлучение морской поверхности с помощью антенны 1. Осуществляют преобразование радиоизлучения в электрический сигнал, пропорциональный его яр- костной температуре, с помощью радиометра 2. Выделяют переменную составляющую электрического сигнала,

пропорциональную флуктуациям яр- костной температуры с помощью конденсатора 3.

Выделяют восемь спектральных интервалов флуктуации яркостной

температуры, с помощью полосовых фильтров 5 каналов 4. Измеряют сигналы, пропорциональные интенсивности флуктуации 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 и j с выходов соот- ветствующих каналов 4 (i - порядковый номер канала). Подключают на вход радиометра 2 согласованную на -

грузку 10 и записывают с помощью регистратора 8 сигналы нулевых уровней Ид, с выходов соответствующих каналов 4. Подключают на вход радиометра 2 генератор 9 шума. С

помощью регистратора 8 осуществляют запись калибровочных сигналов Н с выходов соответствующих каналов 4. С помощью регистратора 8 осуществляют обработку сигналов h ..

(Л|

h И ; Сигналы на выходах

ре гистратора 8 связаны с калибровочной температурой генератора 9 шума.

40

т - т 3)

-

И пропорциональны интенсивности флуктуации яркостной температуры в соответствующих спектральных интервалах.

Определяют спектральньм интервал, интенсивность флуктуации в котором максимальна. Поскольку каждый выделенный спектральный

интервал соответствует определенной балльности волнения, то, зная интервал, в котором интенсивность флуктуации максимальна, по таблице, приведенной на фиг. 36, определяют соответствуюшую балльность волнения.

:.и реализации способа с помощью устройства (фиг. П можно определить степень морского волнения выше 2-х баллов

Действительно, шумовая темпе- ратура ш устройства

Т

(А;

где Т -30ff К - температура излучения морской поверхности;

йЯ. - полоса высокочастот- ного тракта радиометра 2; L г время усреднения сигналов в регистраторе 8.

МГц, (при измерении с самолета , ГГц, с (при измерении со спутника), s: 2 IQ К. Как видно из таблицы,

-

риведенной на фиг. Зб,

10

6,4,7-10 t«46,3,7.10

Таким образом, предлагаемый способ дает возможность определять балльность морского волнения по спектру флуктуации яркостной температуры теплового радиоизлучения морской поверхности, при зтом вьщеляются спектральные интервалы флуктуации, центральная частота и граничные частоты каадого из которых соответствуют определенной балльности волнения. Это позволяет исключить влияние таких факторов, как брызги, пена, мелкомасштабная рябь, нефтяная пленка и т.д., имеющих другие характерные частоты, и обеспечить положительный эффект - повьшение точности определения балльности.

5

JfolKei)

-3

IB

w

rIDID

il

Ю

10

w

ID

10

У -КОн/с-санонеп V a-W Hlc-OiymHUK

I ,) (.сёк-}

W

W

W

fQjfffJ csMbMrn

10

fe.J