CN101105395A - 雷达海冰厚度测量仪 - Google Patents
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Abstract
本发明的雷达海冰厚度测量仪是一种应用雷达测量海上固定冰厚度的技术方法，属于海洋环境监测技术领域。该测量仪主要由雷达、通讯接口、A显示器、计算机、打印机和数据传输模块组成，依据气－冰交界面、冰－水交界面两处的电波回波强的特性，采用超宽带、窄脉冲宽度10－9～10－12/s微波雷达作为探测手段，从雷达回波原始数据中提取海冰厚度转换信息，实现雷达冰厚测量数据采集、存储、显示、输出及打印等技术。其有益效果在于，本发明实现了非接触性现场定点实时测量，可探测到3cm～6m厚度的海冰，尤其实现了薄型即3cm～10cm海冰厚度的测量。
Description
技术领域
本发明属于海洋环境监测技术领域，涉及一种应用雷达测量海上固定冰厚度的雷达海冰厚度测量仪。
背景技术
冰冻是高纬度地区冬季普遍存在的一种自然现象，它给各国水利工程、近海工程设施带来极大危害。冰科学属于固体力学、流体力学、热力学、自然地理等学科的交叉科学，厚度是基础的参数之一。海冰厚度测量一直是海洋冰区石油开发、冰区港口工程和极地冰厚探测、军事海洋技术服务中亟待解决的技术问题；另外由于冰厚度的监测过程不连续，且精度低，从而掩盖了冰层厚度变化的细微过程，成为国际上一个尚待解决的难题。
当今，国际上海冰监测主要应用接触性测量和非接触性测量两种。接触性测量要求现场探测，主要包括上下界面接触式探测技术、底面浮筒接触式探测技术、不冻孔测桩式冰厚探测技术以及气-冰-水电导特性厚度标尺式探测技术，实现了定点定时观测，但这些接触式技术，适用于水动力相对稳定条件下的冰盛期的冰厚测量，不利于有降雪和融冰期阶段的观测，因此，接触性测量给现场冰厚度测量带来很大困难。非接触性测量包括卫星遥感技术和雷达探测等技术。卫星遥感测量冰厚度是通过海冰遥感图像反演冰厚度和密集度等参数，受云系等天气状况的影响，由于卫星的周期性运行，因此显示的定点卫星遥感图像周期较长，无法实现定点定时观测，对高精度的海冰观测带来不便。而搭载雷达即可以实现定时定点观测问题、又能解决现场接触式探测的难题。
综上，非接触性雷达海冰厚度测量技术的研制与开发，将提高国家冰区冰厚监测的整体能力，为冰区海上石油开发的安全生产，冰区近岸海洋工程、冰区港口工程，以及保障军事海洋技术服务提供新技术、新设备。
发明内容
本发明的目的是提供一种雷达海冰厚度测量仪，实现雷达冰厚测量数据的采集、存储、显示、输出及打印等技术，尤其实现了薄型海冰厚度的测量。
为了达到上述目的，本发明的技术方案如下：
雷达海冰厚度测量仪主要由雷达7、通讯接口9、A显示器10、计算机11、打印机12和数据传输模块13组成，雷达7通过通讯接口9与计算机11连接，A显示器10与通讯接口9连接，打印机12和数据传输模块13分别与计算机11连接。
本发明的雷达海冰厚度测量仪是基于空气对电波是全透明的，冰对电波是半透明的，而水对电波是不透明的；在空气(气)、海冰(冰)、海水(水)形成气-冰交界面、冰-水交界面两处的电波回波强，即雷达发射的电磁波能够探测到海冰的上下表面。根据这个特性，采用超宽带雷达技术发射很窄的探测脉冲，测量海冰上、下表面的高度差，即海冰厚度＝H2-H1，其中，H1为雷达7距空气4与海水6的交界面距离，H2为雷达距海冰5与海水6的交界面距离，探测脉冲可探测到3cm～6m厚度的海冰，尤其实现了薄型即3cm～10cm厚度海冰的测量。
本发明的雷达海冰厚度测量仪的工作原理是，雷达7发射窄脉宽的探测电磁波，照射到海冰8的上下表面，雷达7的接收机接收从海冰8的上下表面发射的回波，接收的电磁波经雷达7进行信号的处理和放大，处理后的信号通过通讯接口9，一方面输入给A显示器10显示回波信号，另一方面输入给计算机11，由计算机11内的软件模块进行冰厚测量计算，由打印机12和数据传输模块13分别打印冰厚数据和传输冰厚数据。
本发明的有益效果如下：采用超宽带、窄脉冲宽度10-9～10-12/s微波雷达作为探测手段，从雷达回波原始数据中提取海冰厚度转换信息，实现雷达冰厚测量数据采集、存储、显示、输出及打印等技术，实现了非接触性现场定点实时测量，可探测到3cm～6m厚度的海冰，尤其实现了薄型即3cm～10cm海冰厚度的测量。
附图说明
图1是本发明的雷达海冰厚度测量仪的测量原理示意图。
图2是本发明的雷达海冰厚度测量仪的装置示意图。
图中：1、雷达海冰厚度测量仪，2、雷达距空气与海水的交界面距离H1，3、雷达距海冰与海水的交界面距离H2，4、空气，5、海冰，6、海水，7、雷达，8、海冰，9、通讯接口，10、A显示器，11、计算机，12、打印机，13、数据传输模块。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细地描述：
如图1与图2所示，将载有雷达海冰厚度测量仪1的支架安装在冰区上，即船、岸站工程点，为了提高雷达海冰厚度测量仪的分辨能力，要求雷达海冰厚度测量仪的架设高度在距冰区2～10m之间。将雷达7的发射喇叭口对准冰面，喇叭口角度为14°，启动雷达7，发射窄脉宽10-9～10-12/s电磁波。电磁波首先在空气4中传播，然后照射到海冰5的上表面。一部分电磁波在海冰5的上表面被反射或散射，由散射产生的回波信号可以确定电磁波从雷达7行进到海冰5上表面的时间t1。另一部分电磁波则穿透海冰5的上表面，进入冰体内部，继续向下，到达海冰5的下表面，同样会产生反射或散射，由此时产生的回波信号可以确定电磁波从雷达7行进到海冰5下表面的时间t2。由两者的时间差可以得到电磁波在冰体内的时间t，即t＝t2-t1。电磁波被海冰5的上表面和下表面反射的时间由示波器记录。电磁波在海冰5中的传播速度c为定值，根据H＝c·t，计算得到海冰5的厚度。其中，c通过测定一系列已知厚度的海冰及电磁波在其中的传播时间来确定。本发明的雷达海冰厚度测量仪所测得的海冰厚度的精度为3％。
Claims (4)
1.雷达海冰厚度测量仪，其特征在于，该测量仪主要由雷达(7)、通讯接口(9)、A显示器(10)、计算机(11)、打印机(12)和数据传输模块(13)组成，雷达(7)通过通讯接口(9)与计算机(11)连接，A显示器(10)与通讯接口(9)连接，打印机(12)和数据传输模块(13)分别与计算机(11)连接。
2.如权利要求1所述的雷达海冰厚度测量仪，其特征在于，所述雷达(7)发射的微波脉冲宽度为10-9～10-12/s。
3.如权利要求1所述的雷达海冰厚度测量仪，其特征在于，该测量仪架设的高度距冰区2～10m之间。
4.如权利要求1所述的雷达海冰厚度测量仪，其特征在于，所述雷达(7)的喇叭口角度为14°。
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2007
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