RU2321029C1 - Method of determining height, direction and velocity of bottom boundary of cloudiness - Google Patents

Method of determining height, direction and velocity of bottom boundary of cloudiness Download PDF

Info

Publication number
RU2321029C1
RU2321029C1 RU2006123966/28A RU2006123966A RU2321029C1 RU 2321029 C1 RU2321029 C1 RU 2321029C1 RU 2006123966/28 A RU2006123966/28 A RU 2006123966/28A RU 2006123966 A RU2006123966 A RU 2006123966A RU 2321029 C1 RU2321029 C1 RU 2321029C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
optical axes
height
photodetectors
cloudiness
angles
Prior art date
Application number
RU2006123966/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Сергей Викторович Зуев (RU)
Сергей Викторович Зуев
Original Assignee
Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН filed Critical Институт мониторинга климатических и экологических систем СО РАН
Priority to RU2006123966/28A priority Critical patent/RU2321029C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2321029C1 publication Critical patent/RU2321029C1/en

Links

Images

Landscapes

  • Length Measuring Devices By Optical Means (AREA)

Abstract

FIELD: meteorology.
SUBSTANCE: method comprises measuring three angular coordinates of the visible shift of a part of the bottom boundary of cloudiness with respect to the optical axes of two unmovable matrix photodetectors having a regular structure of pixels and located at a distance one from the other so that their optical axes are inclined to the vertical and horizontal lines at given angles and lie in a single vertical plane, and the angles of visualization are overlapped at a given height between them. The velocity and direction of motion of the bottom boundary of cloudiness are determined by comparing the position of the same part of the bottom boundary of the cloudiness at a current and previous time moment of measurements of the height of the bottom boundary of cloudiness carried out each known time interval.
EFFECT: enhanced precision and expanded functional capabilities.
3 dwg

Description

Изобретение относится к метеорологии, к способам для определения физических параметров атмосферы, и позволяет получать информацию о высоте, скорости и направлении движения нижней границы облачности (НГО).The invention relates to meteorology, to methods for determining the physical parameters of the atmosphere, and allows to obtain information about the height, speed and direction of movement of the lower cloud cover (NGO).

Известен способ измерения высоты нижней границы облаков посредством измерителя [1], заключающийся в наблюдении пятна света, образованного на основании облака направленным вертикально вверх лучом прожектора, причем прожектор и фотоприемник разнесены на известное расстояние, а их оптические оси расположены в одной вертикальной плоскости. Недостатками этого способа являются малый ресурс работы источника световых импульсов измерителя, невысокая точность получаемых данных и невозможность проведения измерений в условиях солнечной засветки и несплошной облачности.A known method of measuring the height of the lower boundary of the clouds by means of a meter [1], which consists in observing a spot of light formed on the basis of a cloud with a searchlight beam directed vertically upward, the searchlight and photodetector spaced a known distance, and their optical axes are located in the same vertical plane. The disadvantages of this method are the small resource of the source of light pulses of the meter, the low accuracy of the data and the inability to measure in conditions of solar exposure and inconsistent cloudiness.

Известны также светолокационные способы измерения высоты нижней границы облаков, по которым в измерителях в качестве источника световых импульсов используется твердотельные лазеры [2, 3]. Недостатками этого способа являются ограниченный ресурс работы твердотельного лазера, высокая стоимость изготовления и эксплуатации измерителя.Also known are radar methods for measuring the height of the lower boundary of clouds, according to which solid state lasers are used in meters as a source of light pulses [2, 3]. The disadvantages of this method are the limited life of the solid-state laser, the high cost of manufacturing and operating the meter.

Кроме этого недостатками способов по [1, 2, 3] являются большие габариты и значительная потребляемая мощность измерителей, а также наличие активного излучателя.In addition, the disadvantages of the methods according to [1, 2, 3] are the large dimensions and significant power consumption of the meters, as well as the presence of an active emitter.

Наиболее близким техническим решением к данному изобретению является принятый за прототип способ, который реализует система [4], предназначенная для пассивного определения координат источника излучения (горизонтального угла, угла возвышения и расстояния) посредством двух телевизионных ПЗС-камер. Камеры в системе [4] располагаются на одной общей вертикальной оси, вокруг которой они могут синхронно вращаться, и на известном друг от друга расстоянии таким образом, что их оптические оси всегда находятся в одной вертикальной плоскости. При этом расстояние определяется методом триангуляции по получаемым с каждой из камер углам видимого смещения источника излучения. Недостатком этого способа является наличие механических вертикальных и горизонтальных поворотных устройств и, как следствие, низкая точность измерения вертикальных и горизонтальных углов оптических осей ПЗС-камер.The closest technical solution to this invention is the prototype method, which implements the system [4], designed for passive determination of the coordinates of the radiation source (horizontal angle, elevation angle and distance) using two television CCD cameras. The cameras in the system [4] are located on one common vertical axis, around which they can rotate synchronously, and at a known distance from each other so that their optical axes are always in the same vertical plane. In this case, the distance is determined by the method of triangulation from the angles of the apparent displacement of the radiation source obtained from each of the cameras. The disadvantage of this method is the presence of mechanical vertical and horizontal rotary devices and, as a result, the low accuracy of the vertical and horizontal angles of the optical axes of the CCD cameras.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является исключение влияния механических перемещений фотоприемников на точность измерений вертикальных и горизонтальных углов их оптических осей.The problem to which this invention is directed is to eliminate the influence of mechanical movements of the photodetectors on the accuracy of measurements of the vertical and horizontal angles of their optical axes.

Технический результат - повышение достоверности и точности измерений и расширение функциональных возможностей метеорологических наблюдений.The technical result is to increase the reliability and accuracy of measurements and expand the functionality of meteorological observations.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается тем, что в известном способе посредством двух матричных фотоприемников, имеющих регулярную структуру положения пикселей и расположенных на известном расстоянии друг от друга таким образом, что их оптические оси лежат в одной вертикальной плоскости и углы обзора перекрываются, регистрируют одновременно источник излучения и, по измеренным вертикальным и горизонтальным углам оптических осей фотоприемников и углам видимого смещения источника излучения относительно оптических осей фотоприемников, методом триангуляции определяют расстояние до него.The specified technical result in the implementation of the invention is achieved by the fact that in the known method, by means of two matrix photodetectors having a regular structure of the position of the pixels and located at a known distance from each other so that their optical axes lie in the same vertical plane and the viewing angles overlap, register simultaneously the radiation source and, according to the measured vertical and horizontal angles of the optical axes of the photodetectors and the angles of the apparent displacement of the radiation source, relate no optical axes of the photodetectors is determined by triangulation distance to it.

В отличие от известного в предлагаемом способе неподвижные матричные фотоприемники располагают таким образом, что их оптические оси имеют известные неизменяемые вертикальные и горизонтальные углы, а углы обзора фотоприемников перекрываются в одной вертикальной плоскости на определенной высоте между ними, и для определения высоты нижней границы облачности используют три угловые координаты видимого смещения участка нижней границы облачности относительно оптических осей фотоприемников. Скорость и направление движения нижней границы облачности определяют путем сопоставления положения участка нижней границы облачности в текущий и предыдущий моменты измерения высоты нижней границы облачности, произведенные через известный промежуток времени.In contrast to the known in the proposed method, the stationary matrix photodetectors are arranged in such a way that their optical axes have known unchanged vertical and horizontal angles, and the viewing angles of the photodetectors overlap in the same vertical plane at a certain height between them, and three are used to determine the height of the lower cloud boundary angular coordinates of the apparent displacement of the lower cloud boundary relative to the optical axes of the photodetectors. The speed and direction of movement of the lower cloud cover is determined by comparing the position of the portion of the lower cloud cover at the current and previous moments of measuring the height of the lower cloud cover, made after a known period of time.

Сравнение заявляемого способа с прототипом позволило установить соответствие их условию "новизна". При сравнении заявляемого способа с другими известными техническими решениями не выявлены сходные признаки, что позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень".Comparison of the proposed method with the prototype made it possible to establish compliance with their condition of "novelty." When comparing the proposed method with other known technical solutions, no similar signs were revealed, which allows us to conclude that the condition "inventive step" is met.

Способ поясняется чертежами. На фиг.1 приведена схема расстановки оптических приемников; на фиг.2 приведена схема реализации способа измерения высоты НГО; на фиг.3 приведена схема реализации способа измерения скорости и направления движения НГО.The method is illustrated by drawings. Figure 1 shows the arrangement of optical receivers; figure 2 shows a diagram of the implementation of the method of measuring the height of the NGO; figure 3 shows a diagram of the implementation of the method of measuring the speed and direction of movement of NGOs.

Пример. На известном друг от друга расстоянии L располагают матричные фотоприемники А и В таким образом, чтобы их оптические оси АА′ и ВВ′ находились в одной вертикальной плоскости, а углы обзора δА и δВ имели пространственное перекрытие на определенной высоте между ними (фиг.1).Example. At a known distance L from each other, array photodetectors A and B are arranged so that their optical axes AA ′ and BB ′ are in the same vertical plane, and the viewing angles δ A and δ B have a spatial overlap at a certain height between them (Fig. one).

В определенный момент времени ti-1 производится измерение трех угловых координат участка нижней границы облачности С: α - для приемника А, β - для приемника В и γ - для обоих приемников (фиг.2). При этом высота Н вычисляется по следующей формуле:At a certain point in time t i-1 , the three angular coordinates of the portion of the lower cloud cover C are measured: α for receiver A, β for receiver B and γ for both receivers (Fig. 2). In this case, the height H is calculated by the following formula:

Figure 00000002
Figure 00000002

Одновременно с вычислением высоты Н определяются координаты xi-1 и yi-1 точки С.Simultaneously with the calculation of the height H, the coordinates x i-1 and y i-1 of point C are determined.

В следующий дискретный момент времени ti производится повторное измерение высоты Н и определение координат xi и yi точки С (фиг.3). Зная интервал времени между измерениями Δt=ti-ti-1 и разность координат Δх=хi-xi-1 и Δy=yi-yi-1, определяются составляющие скорости Vx и Vy, и затем скорость VAt the next discrete time instant t i , a second measurement of the height H and determination of the coordinates x i and y i of point C are made (Fig. 3). Knowing the time interval between measurements Δt = t i -t i-1 and the coordinate difference Δx = x i -x i-1 and Δy = y i -y i-1 , the components of the velocity V x and V y are determined, and then the velocity V

Figure 00000003
Figure 00000003

и направление движения НГО φand the direction of movement of the NGO φ

Figure 00000004
Figure 00000004

Таким образом, предлагаемый способ позволяет получать информацию о высоте, скорости и направлении движения нижней границы облачности. Преимущество изобретения состоит в том, что точность измерения высоты нижней границы облачности повышается за счет использования неподвижных фотоприемников с заранее известными значениями вертикальных и горизонтальных углов их оптических осей, при этом появляется возможность определения направления и скорости движения нижней границы облачности.Thus, the proposed method allows to obtain information about the height, speed and direction of movement of the lower border of cloudiness. An advantage of the invention is that the accuracy of measuring the height of the lower cloud cover is enhanced by the use of stationary photodetectors with previously known values of the vertical and horizontal angles of their optical axes, while it becomes possible to determine the direction and speed of movement of the lower cloud cover.

Использованные источникиUsed sources

1. Авторское свидетельство СССР №598390, МПК G01С 3/06, G01S 9/62, на изобретение "Измеритель высоты нижней границы облаков".1. USSR author's certificate No. 598390, IPC G01C 3/06, G01S 9/62, for the invention "A meter for the height of the lower boundary of the clouds."

2. Патент РФ №2136016, МПК G01S 17/95, G01W 1/00, на изобретение "Светолокационный измеритель высоты нижней границы облаков".2. RF patent No. 2136016, IPC G01S 17/95, G01W 1/00, for the invention "Radar meter for measuring the height of the lower boundary of the clouds."

3. Рекламный каталог фирмы Vaisala, Финляндия, Ceilometr CL31.3. Advertising catalog of the company Vaisala, Finland, Ceilometr CL31.

4. Европейский патент №ЕР0379425, МПК G01С 3/18, G01S 11/12, на изобретение "System for determing the position of at least one target by means of triangulation".4. European patent No. EP0379425, IPC G01C 3/18, G01S 11/12, for the invention of "System for determining the position of at least one target by means of triangulation".

Claims (1)

Способ определения высоты, скорости и направления движения нижней границы облачности в дискретные моменты времени, по которому, посредством двух матричных фотоприемников, имеющих регулярную структуру положения пикселей и расположенных на известном расстоянии друг от друга таким образом, что их оптические оси лежат в одной вертикальной плоскости и углы обзора перекрываются, регистрируют одновременно источник излучения и по измеренным вертикальным и горизонтальным углам оптических осей фотоприемников и углам видимого смещения источника излучения относительно оптических осей фотоприемников методом триангуляции определяют расстояние до него, отличающийся тем, что неподвижные матричные фотоприемники располагают таким образом, что их оптические оси имеют известные неизменяемые вертикальные и горизонтальные углы, а углы обзора фотоприемников перекрываются в одной вертикальной плоскости на определенной высоте между ними, и для определения высоты нижней границы облачности используют три угловые координаты видимого смещения участка нижней границы облачности относительно оптических осей фотоприемников, а скорость и направление движения определяют путем сопоставления положения участка нижней границы облачности в текущий и предыдущий моменты измерения высоты нижней границы облачности, произведенные через известный промежуток времени.A method for determining the height, speed and direction of movement of the lower cloud cover at discrete time instants, according to which, by means of two matrix photodetectors having a regular pixel position structure and located at a known distance from each other so that their optical axes lie in one vertical plane and viewing angles overlap, simultaneously register the radiation source and the measured vertical and horizontal angles of the optical axes of the photodetectors and the angles of the apparent displacement of the source The radiation radiation relative to the optical axes of the photodetectors is determined by the method of triangulation, characterized in that the stationary matrix photodetectors are positioned so that their optical axes have known unchanged vertical and horizontal angles, and the viewing angles of the photodetectors overlap in the same vertical plane at a certain height between them , and to determine the height of the lower cloud cover, three angular coordinates of the apparent displacement of the lower cloud cover relative to the optical axes of the photodetectors, and the speed and direction of motion are determined by comparing the position of the portion of the lower cloud cover at the current and previous moments of measuring the height of the lower cloud cover, performed after a known time interval.
RU2006123966/28A 2006-07-04 2006-07-04 Method of determining height, direction and velocity of bottom boundary of cloudiness RU2321029C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006123966/28A RU2321029C1 (en) 2006-07-04 2006-07-04 Method of determining height, direction and velocity of bottom boundary of cloudiness

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2006123966/28A RU2321029C1 (en) 2006-07-04 2006-07-04 Method of determining height, direction and velocity of bottom boundary of cloudiness

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2321029C1 true RU2321029C1 (en) 2008-03-27

Family

ID=39366406

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2006123966/28A RU2321029C1 (en) 2006-07-04 2006-07-04 Method of determining height, direction and velocity of bottom boundary of cloudiness

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2321029C1 (en)

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503032C2 (en) * 2009-12-07 2013-12-27 Томский государственный университет Method of measuring speed of clouds
RU2506541C2 (en) * 2012-02-27 2014-02-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method to determine coordinates, course and speed of aircraft
CN112484692A (en) * 2020-11-05 2021-03-12 江西洪都航空工业集团有限责任公司 Visual detection method and device for relative height of aircraft and cloud layer
RU2779612C1 (en) * 2021-05-25 2022-09-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук Monoscopic method for determining the height of the lower cloud boundary

Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2503032C2 (en) * 2009-12-07 2013-12-27 Томский государственный университет Method of measuring speed of clouds
RU2506541C2 (en) * 2012-02-27 2014-02-10 Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный авиационный инженерный университет" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации Method to determine coordinates, course and speed of aircraft
CN112484692A (en) * 2020-11-05 2021-03-12 江西洪都航空工业集团有限责任公司 Visual detection method and device for relative height of aircraft and cloud layer
CN112484692B (en) * 2020-11-05 2023-01-03 江西洪都航空工业集团有限责任公司 Visual detection method and device for relative height of aircraft and cloud layer
RU2779612C1 (en) * 2021-05-25 2022-09-12 Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт мониторинга климатических и экологических систем Сибирского отделения Российской академии наук Monoscopic method for determining the height of the lower cloud boundary

Similar Documents

Publication Publication Date Title
ES2798798T3 (en) Procedure and apparatus for obtaining ranging images with a UAV, and UAV
CN107991662B (en) 3D laser and 2D imaging synchronous scanning device and scanning method thereof
US9733082B2 (en) Tilt detecting system and tilt detecting method
CN108444449B (en) Method for measuring target space attitude with parallel line characteristics
CN110108984B (en) Spatial relationship synchronization method for multiple sensors of power line patrol laser radar system
CN101901501B (en) Method for generating laser color cloud picture
Puente et al. Land-based mobile laser scanning systems: a review
CN110275181A (en) A kind of vehicle-mounted mobile measuring system and its data processing method
CN103149560B (en) Calibrating method for CCD (Charge Coupled Device) imaging lateral laser radar
CN108089196A (en) Optics is initiative and is fused non-cooperative target position appearance measuring device passively
CN110031830B (en) Distance measurement method based on laser line scanning imaging
CN108802043A (en) Tunnel detector, detecting system and tunnel defect information extracting method
CN102927908A (en) Robot eye-on-hand system structured light plane parameter calibration device and method
JP6333396B2 (en) Method and apparatus for measuring displacement of mobile platform
WO2014101408A1 (en) Three-dimensional imaging radar system and method based on a plurality of times of integral
US11692812B2 (en) System and method for measuring three-dimensional coordinates
JP2006105694A (en) Distance image sensor
RU2340872C1 (en) Monostatic method of determining distance to object, its direction and speed
CN115824170A (en) Method for measuring ocean waves by combining photogrammetry and laser radar
RU2321029C1 (en) Method of determining height, direction and velocity of bottom boundary of cloudiness
JP6666406B2 (en) Photogrammetry system
Wang et al. The human-height measurement scheme by using image processing techniques
CN111121727A (en) Image control point target system and method for unmanned aerial vehicle measurement and airborne laser radar
CN103697825B (en) Super-resolution 3D laser measurement system and method
RU2474788C1 (en) Method of measuring tilt angle and wave height of water surface relative equilibrium state thereof

Legal Events

Date Code Title Description
PD4A Correction of name of patent owner