RU1818607C - Способ определени толщины морского льда - Google Patents

Abstract

Использование: в радиолокационных измерени х дл  определени  толщины льда, высоты снежного и растительного покровов . Сущность изобретени : способ определени  толщины морского льда заключаетс  в излучении электромагнитных зондирующих импульсов метрового диапазона в направлении льда в ортогональных плоскост х пол ризации, приеме отраженных сигналов в тех же плоскост х пол ризации , объединении сигналов обеих пол ризаций и измерении дл  объединенного сигнала временного интервала, по которому определ ют толщину льда. 2 ил.

Description

(Л

С

Изобретение относитс  к области измерени  толщины слоистых сред дистанцион- ными методами с помощью радиолокационных устройств и может быть использовано дл  измерени  толщины льдов, высоты снежного и растительного покровов .

Известны способы определени  толщины морского льда, заключающиес  в излучении зондирующих сигналов в направлении льда, приеме отраженных сигналов, обработке сигналов с целью выделени  информации о временной задержке распространени  радиоволн во льду t и определении толщины h льда по этой задержке при известной скорости v распространени  радиоволн во льду

h v At/2.

Целью насто щего изобретени   вл етс  повышение точности измерений.

Сущность предлагаемого способа иллюстрируетс  с помощью временных диаграмм на фиг.1.

Реализации Si(t) и Sa(t) представл ют собой сигналы на выходах приемников каналов с ортогональной пол ризацией отраженных сигналов. Здесь первые, большие ло амплитуде импульсы есть пр мые сигналы , попадающие из передающей антенны в приемную и по временному положению практически соответствующие моменту излучени  зондирующих сигналов с ортогональными пол ризаци ми т.Из. Вторые сигналы, меньшие по амплитуде, представл ют собой сигналы, отраженные от морского льда и детально представленные реализаци ми 5з(т.)и .1). Врем  прихода отраженных сигналов torp относительно момента излучени  тиз соответствует времени распространени  электромагнитных волн от передающей антенны до повер00

00

о

VJ

хности льда и обратно до приемной антенны .

Отраженные от льда сигналы Sa(t) и $4(t) состо т из двух отражейий: первого сигнала , отраженного от верхней границы льда Se(t), и второго сигнала, отраженного от нижней границы льда SH(t). Временной интервал между сигналами SB(t) и Sn(t) At пропорционален толщине льда h.

При зондировании льда, не обладающего свойством анизотропии, амплитуды импульсов SB(t) и SH(t) одинаковы дл  ортогональных пол ризаций зондирующих, а следовательно, и отраженных сигналов 5з(1) и S4(t), а временной интервал между ними идентичен. В случае, когда осуществл етс  зондирование морского льда, обладающего свойством анизотропии, наблюдаетс  следующее. Если первые импульсы SB(t), отраженные от верхней границы льда, одинаковы по амплитуде и совпадают по времени прихода, то вторые отраженные от нижней границы льда импульсы SH(t) имеют разные амплитуды и отличаютс  по времени прихода. Это св зано с тем, что ориентаци  кристаллов в верхних сло х льда изотропна, средние же слои льда и особенно нижние содержат кристаллы льда, имеющие преимущественную ориентацию .

При радиолокационном зондировании линейно пол ризованными сигналами ориентаци  вектора пол ризации зондирующего сигнала относительной осей анизотропных кристаллов льда оказываетс  случайной. Возможно как благопри тное взаимное расположение вектора пол ризации и осей кристаллов льда, так и неблагопри тное . В результате экспериментальных исследований, проводимых авторами в течении нескольких последних лет на припайных и дрейфующих льдах в Арктике, установлено, что когда пол ризаци  -зондирующего сигнала неблагопри тна , то наблюдаетс  уменьшение амплитуды сигнала 8н(1) и уменьшение временного интервала At. При этом имеетс  определенна  коррел ционна  св зь между амплитудой сигнала SH(t) и изменением его временного положени , а следовательно и значением временного интервала At. При благопри тной ориентации вектора пол ризации зондирующего сигнала амплитуда импульса, отраженного от нижней границы льда, максимальна , а его временное положение соответствует расположению SH(t) дл  случа  зондировани  льда, не обладающего свойством анизотропии.

Указанные особенности сигналов пред- полагают возможность повышени  точности измерени  толщины льдов, обладающих свойством анизотропии, путем использовани  ортогонально пол ризованных зондирующих сигналов и объединени  отраженных сигналов, полученных на выходах приемников ортогонально пол ризованных каналов. Объединение при этом

может осуществл тьс  как путем простого суммировани  отраженных сигналов, так и с учетом взаимокоррел ционной св зи амплитуд Snft) и значений временного интервала At в ортогональных каналах.

Последовательность операций осуществлени  предлагаемого способа следующа : - излучаютс  ортогонально пол ризованные зондирующие импульсы в направлении льда;

- отраженные от ледового покрова сигналы принимаютс  с помощью ортогонально пол ризованных антенн и приемников в тех же плоскост х пол ризации;

- производ т объединение выходных сигналов приемников дл  ортогональных

пол ризаций;

- измер ют дл  объединенного сигнала временной интервал между импульсами, отраженными от границ льда;

0 - пересчитывают измеренное значение временного интервала t между импульсами , отраженными от границ льда, в толщину льда h по формуле h vAt/2,

5 Где v - скорость распространени  радиоволн во льду.

Реализаци  предлагаемого способа при объединении отраженных ортогонально пол ризованных сигналов путем суммирова0 ни  основана на том физическом свойстве, что временной сдвиг сигналов от нижней границы морского льда дл  случаев благопри тной и неблагопри тной пол ризаций не превышает длительности главного мак5 симума отражённого сигнала. При этом в процессе суммировани  отраженных сигналов Sa(t) и S4(t) результирующий сигнал $4(t) будет определ тьс  большим по амплитуде и более точным по временному положе0 нию отраженным сигналом с благопри тной пол ризацией.

Реализаци  за вл емого способа при объединении отраженных сигналов ортогональных пол ризаций, например путем их

5

суммировани , по сн етс  с помощью устройства , представленного на фиг.2.

Устройство содержит синхронизатор 1, соединенный с двум  передатчиками 2 и 3, две передающие антенны 4 и 5, подключен

ные к выходам передатчиков; две приемные антенны 6 и 7, подключенные ко входам приемников 8 и 9 соответственно. С выходов приемников 8 и 9 отраженные сигналы поступают на входы сумматора 10, а с его выхода на измеритель временных интервалов 11. Значение временного интервала между импульсами, отраженными от границ льда, дл  объединенного сигнала поступает на масштабный преобразователь 12, обеспечивающий преобразование значени  временного интервала в толщину льда.

Последовательность операций осуществлени  предлагаемого способа в данном варианте технической реализации следующа :

- зондирующие импульсы с выходов запускаемых синхронизатором 1 передатчиков 2 и 3 излучаютс  с помощью- ортогонально пол ризованных антенн 4 и 5 в направлении льда;

- отраженные от ледового покрова сигналы принимаютс  с помощью ортогонально пол ризованных антенн 6 и 7 и приемников 8 и 9;

- производ т суммирование выходных сигналов приемников 8 и 9 дл  ортогональных пол ризаций с помощью сумматора 10;

- измер ют дл  объединенного сигнала временной интервал между импульсами, отраженными от границ льда;

- пересчитывают измеренное значение временного интервала At между импульсами , отраженными от границ льда, в толщину льда h по формуле

h vAt/2,

. где v - скорость распространени  радиоволн во льду.

Предлагаемый способ приданном варианте технической реализации по сравнению с прототипом обладает следующими преимуществами:

1. Позвол ет снизить мощность зондирующих импульсов на 3...5 дБ.

Рассмотрим на примере.

Пусть амплитуда сигнала SB(t) равна 1 В. Тогда значени  SH(t) дл  ортогонально пол ризованных сигналов в случа х благопри тной и неблагопри тной пол ризаций составит 0,3 и 0,12 В (результаты экспериментов ). При суммировании сигналов дл  ортогональных пол ризаций SB(t) и SH(t) будут равны, соответственно, 2 и 0,42 В. Необходимый потенциал радиолокационного измерител  толщины морского льда, а следовательно и мощность зондирующих сигналов определ ютс  амплитудой сигнала, отраженного от нижней границы льда. При

суммировании отраженных сигналов дл  ортогональных пол ризаций амплитуда SH(t) больше SH(t) в случае зондировани  линейно пол ризованным сигналом при неблагопри тной пол ризации в 3.5 раза. Учитыва , что при зондировании ортогонально пол ризованными сигналами мощность излучени  удваиваетс , окончательный выигрыш в потенциале составит 1.7-1.8, что

позволит снизить мощность передатчика на 5д5.

2. Позвол ет снизить погрешность измерени  толщины морского льда, св занную с анизотропией его электрофизических

свойств. Возможно снижение максимальных погрешностей (по результатам расчета на модельных сигналах) с 8 до 5%.

Указанные преимущества предлагаемого способа позвол ют повысить точность измерени  толщины морского льда, а возможно, и других слоистых сред, обладающих свойствами анизотропии, снизить требовани  к энергетическим характеристикам передатчиков радиолокационных устройств , предназначенных дл  зондировани  таких сред.

Применение в народном хоз йстве радиолокационных устройств, реализующих предлагаемый способ, позволит получить

экономический эффект. Это св зано с тем, что предлагаемый способ позвол ет повысить эффективность дистанционных радиолокационных методов измерени  толщины морского льда, широко использующихс  в

насто щее врем  в Арктике при проводке судов, продлении навигации, ледовой разведке и т.п.

40

Claims (1)

1. Формула изобрете н-и  

   Способ определени  толщины морского льда, заключающийс  в излучении электромагнитных зондирующих импульсов метрового диапазона в направлении льда, приеме отраженных импульсов, измерении временного интервала At между импульсами, отра- женными от границ льда, и пересчете временного интервала в толщину льда h no формуле h vAt/2. где v - скорость распространени  радиоволн во льду, отличающ и и с   тем, что, с целью повышени  точности измерений, зондирование производ т в ортогональных плоскост х пол ризации , принимают отраженные сигналы в тех же плоскост х пол ризации, объедин ют сигналы обеих пол ризаций и дл  объединенного сигнала производ т измерение временного интервала At между импульсами , отраженными от границ льда.

   s,(U

   Sb(t)

   4

   se-tt)

   SvCt)

   H

   //