RU2344448C2

RU2344448C2 - Способ определения метеорологических параметров

Info

Publication number: RU2344448C2
Application number: RU2007106366/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Добротворский (RU); Александр Николаевич Добротворский; Александр Ефимович Дроздов (RU); Александр Ефимович Дроздов; Александр Анатольевич Федоров (RU); Александр Анатольевич Федоров; Анри Павлович Коламыйцев (RU); Анри Павлович Коламыйцев; Николай Николаевич Жильцов (RU); Николай Николаевич Жильцов; вец Владимир Васильевич Черн (RU); Владимир Васильевич Чернявец; Дмитрий Леонидович Щенников (RU); Дмитрий Леонидович Щенников
Original assignee: Александр Николаевич Добротворский; Александр Ефимович Дроздов; Александр Анатольевич Федоров; Анри Павлович Коламыйцев; Николай Николаевич Жильцов; Владимир Васильевич Чернявец; Дмитрий Леонидович Щенников
Priority date: 2007-02-19
Filing date: 2007-02-19
Publication date: 2009-01-20
Also published as: RU2007106366A

Abstract

Изобретение относится к области прогноза метеорологических параметров и может быть использовано в целях обеспечения безопасности надводных и подводных морских буровых комплексов. Сущность: измеряют текущие значения истинного ветра, атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, высоты нижней границы облаков, метеорологической дальности видимости. Прогнозируют метеорологические параметры на разнесенных в пространстве пунктах наблюдений с выявлением опасных и особо опасных явлений. Пункты наблюдений, помимо прочей аппаратуры, содержат метеолокатор. При анализе на содержание аномальных значений дополнительно используют гидрометеорологическую информацию от метеорологических ИСЗ. Прогноз метеорологических параметров выполняют путем построения полуэмпирической модели колебаний уровня течений и волнений в зависимости от скорости, направления и продолжительности ветра не менее, чем на трех высотных эшелонах. При прогнозировании опасных и особо опасных явлений строят карты распределения аддитивных показателей и отождествляют явления, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей. Анализируют на содержание аномальных значений путем сравнения измеренных метеорологических параметров на каждом пункте наблюдений. По изменению приращений параметров во времени судят о направлении движения опасных явлений. Причем в качестве эталонных значений принимают измеренные метеорологические параметры, полученные посредством метеорологической станции, имеющей больший метеорологический потенциал. Технический результат: повышение достоверности прогноза, расширение функциональных возможностей способа. 1 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относится к способам измерения текущей и прогнозной гидрометеорологической информации для определения возможных экстремальных гидрометеорологических параметров и продолжительности их действия в течение заданных интервалов времени для обеспечения безопасности эксплуатации преимущественно надводных и подводных морских буровых комплексов.

Использование изобретения также возможно для обеспечения безопасности взлета и посадки летательных аппаратов при использовании их с плавательных средств, имеющих ограниченную взлетно-посадочную полосу, а также для обеспечения навигационной безопасности экранопланов при взлете и посадке на водную поверхность.

Известен способ дистанционного измерения атмосферных осадков [1] путем посылки в атмосферу импульсов оптического лазерного излучения, приема обратного рассеянного излучения и определения атмосферных параметров по мощности принятого излучения, в котором с целью расширения информационных возможностей определяют напряженность электрического поля в атмосфере путем посылки импульсов оптического лазерного излучения поочередно - с линейной и хаотичной поляризацией на длине волны резонансного поглощения дипольных молекул атмосферных газов, в частности воды, и по соотношению мощностей принятого излучения на каждой из поляризаций определяют напряженность электрического поля в атмосфере.

Известен также способ измерения оптических характеристик атмосферы, в котором передатчиком лидара формируют импульсы света, посылают их в атмосферу, принимают рассеянное в обратном направлении излучение, преобразуют его фотоприемником с логарифмической световой характеристикой в электрические сигналы, находят и регистрируют величину коэффициента рассеивания атмосферы, а для повышения информативности путем регистрации неоднородностей среды сформированные световые импульсы последовательно посылают в двух направлениях, расположенных под углом 2-8 градусов, сравнивают значения измеренных величин по двум направлениям на одинаковом расстоянии от лидара и при равных значениях измеренных величин находят коэффициент рассеивания атмосферы, а неоднородность среды определяют по наличию разности значений, превышающей значения измеренных величин [2].

Известен способ определения метеорологической дальности видимости [3], при котором производят в съемочном телевизионном кадре тест-объекта в виде совокупности маркеров, удаленных на измеренные расстояния от телекамеры, его телевизионную съемку на фоне местности перед объективом телекамеры, измерение на первоначальном изображении яркости маркеров тест-объекта и фона местности, определение уровня контрастности маркеров тест-объекта и обработку результатов измерений, в котором тест-объект выполняют не менее чем с 180 маркерами, при телевизионной съемке дополнительно перед объективом телекамеры помещают ослабитель входного оптического сигнала с измеренным коэффициентом пропускания и определяют степень уменьшения контрастности маркеров относительно фона местности на первоначальном изображении, а определение уровня контрастности маркеров тест-объекта производят последовательно от двух до пяти раз в течение периода не менее 2 минут с последующим осреднением и экстраполяцией полученных значений до уровня порога контрастности зрения.

Известно устройство для измерения газового состава атмосферы посредством оптического зондирования, включающее лазер с резонатором и оптическую приемную систему, в котором резонатор лазера выполнен в виде двух многоходовых кювет с оптическим переключателем, одна из которых заполнена газовым составом, аналогичным составу атмосферы, а другая - таким же составом без измеряемого в атмосфере компонента [4].

Известно устройство для измерения метеорологических параметров [5], содержащее два высокочастотных генератора, связанных с двумя вертикальными стержневыми разрядными электродами и двумя горизонтальными разрядными электродами, выполненными с утолщениями на концах, и с токосъемным электродом, выходы обоих генераторов и токосъемный электрод соединены с селектором-формирователем, выход которого связан с вычислительным блоком, в котором с целью повышения точности за счет учета пульсаций направления ветра введены три дополнительные пары горизонтальных электродов с утолщениями на концах и с токосъемными электродами и тремя высокочастотными генераторами, связанными с дополнительными парами горизонтальных электродов, при этом выходы высокочастотных генераторов, соединенных с горизонтальными электродами, подключены к селектору-формирователю через соответствующие введенные времяимпульсные преобразователи, а пары горизонтальных электродов расположены попарно на двух взаимно перпендикулярных осях.

Известно также устройство для определения характеристик ветра [6], содержащее задатчик высоты и задатчик скорости ветра, измеренной у земной поверхности, соединенные через вычислитель с блоком индикации, в котором с целью повышения информативности за счет обеспечения возможности прогнозирования скорости ветра на произвольных высотах оно снабжено блоком задатчиков условия посадки с задатчиками кода наименования аэропорта, кода вертикального температурного градиента, кода сезона и кода времени суток и тремя блоками хранения параметров ветра, первые и вторые входы которых соединены соответственно с задатчиком кода наименования аэропорта и задатчиком кода сезона, третьи входы первого и второго блоков хранения параметров ветра подключены соответственно к выходам задатчиков кода времени суток и кода вертикального температурного градиента, а третий вход третьего блока хранения параметров ветра подключен через введенный аналого-цифровой преобразователь к выходу задатчика скорости ветра у земной поверхности, при этом выходы блоков хранения параметров ветра подключены к вычислителю через введенные последовательно соединенные блок выбора максимума и цифроаналоговый преобразователь.

В известных устройствах датчик параметров ветра содержит жестко ориентированные в пространстве винтокрылые ветроприемники, оси которых развернуты на определенный угол, и преобразователи частоты и направления вращения ветроприемников, в котором датчик выполнен в виде двух или более самостоятельных вертикально расположенных модулей, скрепленных между собой и с основанием, при этом каждый модуль представляет собой симметричную рамочную конструкцию, в которой посредством опорных втулок установлена ось ветроприемника [7].

Устройство обнаружения сдвига ветра содержит последовательно соединенные источник первичной информации, блок первичной обработки информации, блок формирования признаков, последовательно соединенные сумматор, блок принятия решения, блок оценки правильности формирования сигнала, вход которого соединен с выходом блока принятия решения, и последовательно соединенные блок пороговых элементов, вход которого соединен с выходом блока формирования признаков, блок весовых коэффициентов, второй вход которого подключен к выходу блока оценки правильности формирования сигнала, а выход соединен с входом сумматора [8]. В отдельных известных устройствах в состав измерительной аппаратуры включен блок, содержащий импульсно-циклический датчик скорости звука и последовательно соединенные усилитель мощности и гидроакустический излучатель и представляющий собой акустический зонд для измерения скорости звука в море [9].

Известные способы и устройства измерения атмосферных параметров решают практически одну конкретную задачу определения одного или двух параметров, что существенно ограничивает их применение. Причем измерение осуществляется в локальном районе с последующей интерполяцией результатов измерения, что не позволяет их использовать с достаточной степенью достоверности для выполнения прогноза опасных и особо опасных явлений, для определения которых регламентирующими документами установлены требования к дистанции обнаружения этих явлений, которая составляет 140-160 км (минимально допустимая дистанция) и 300 км (безопасная дистанция обнаружения).

Задачей предлагаемого технического решения является расширение функциональных возможностей способа определения атмосферных параметров и, как следствие, повышение достоверности метеорологического прогноза. Поставленная задача решается за счет того, что в способе определения метеорологических параметров, включающем измерение текущих значений истинного ветра, атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, высоты нижней границы облаков и метеорологической дальности видимости, в том числе путем посылки в атмосферу оптического и электромагнитного излучения, прием обратного рассеянного излучения с последующей обработкой принятых сигналов и прогноз метеорологических параметров с выявлением опасных и особо опасных явлений на разнесенных в пространстве пунктах наблюдений, снабженных измерительной аппаратурой, включающей в том числе и метеолокатор, в котором прогноз метеорологических параметров выполняют путем построения полуэмпирической модели колебаний уровня течений и волнений в зависимости от скорости, направления и продолжительности ветра не менее чем на трех высотных эшелонах, при этом верикацию полуэмпирической модели выполняют на основе многолетних гидрометеорологических наблюдений и текущих измеренных значений для конкретного района, при прогнозировании опасных и особо опасных явлений строят карты распределения аддитивных показателей и отождествляют явления, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей, выполняют анализ на содержание аномальных значений путем сравнения измеренных метеорологических параметров на каждом пункте наблюдений, по изменению приращений параметров во времени судят о направлении движения опасных явлений, в качестве эталонных значений принимают измеренные метеорологические параметры, полученные посредством метеорологической станции, имеющей больший метеорологический потенциал, определяемый для каждой станции по формуле: 10lgП_м=10lgA_p + 10lgP_и + 10lgh + 10lgK_AB - 10lgP_ш - 40lgλ - 110, где П_м - метеорологический потенциал, А_р - апертура (площадь раскрыва антенны), Р_и - импульсная мощность радиолокатора, h - пространственная протяженность зондирующего импульса (h=сτ), К_АВ - коэффициент усиления антенно-волноводного тракта, Р_ш - уровень шумов приемного тракта, λ - длина волны радиолокатора, с - скорость распространения электромагнитных колебаний, τ - длительность зондирующего импульса, а при анализе на содержание аномальных значений дополнительно принимают, обрабатывают и отображают гидрометеорологичесую информацию, поступающую от метеорологических искусственных спутников Земли и наземных радиолокационных центров. Новые признаки, заключающиеся в том, что прогноз метеорологических параметров выполняют путем построения полуэмпирической модели колебаний уровня течений и волнений в зависимости от скорости, направления и продолжительности ветра не менее чем на трех высотных эшелонах, при этом верикацию полуэмпирической модели выполняют на основе многолетних гидрометеорологических наблюдений и текущих измеренных значений для конкретного района, при прогнозировании опасных и особо опасных явлений строят карты распределения аддитивных показателей и отождествляют явления, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей, выполняют анализ на содержание аномальных значений путем сравнения измеренных метеорологических параметров на каждом пункте наблюдений, по изменению приращений параметров во времени судят о направлении движения опасных явлений, в качестве эталонных значений принимают измеренные метеорологические параметры, полученные посредством метеорологической станции, имеющей больший метеорологический потенциал, определяемый для каждой станции по формуле: 10lgП_м = 10lgA_p + 10lgP_и + 10lgh + 10lgK_AB - 10lgP_ш - 40lgλ - 101, где П_м - метеорологический потенциал, А_р - апертура (площадь раскрыва антенны), Р_и - импульсная мощность радиолокатора, h - пространственная протяженность зондирующего импульса (h=сτ), К_АВ - коэффициент усиления антенно-волноводного тракта, Р_ш - уровень шумов приемного тракта, λ - длина волны радиолокатора, с - скорость распространения электромагнитных колебаний, τ - длительность зондирующего импульса, а при анализе на содержание аномальных значений дополнительно принимают, обрабатывают и отображают гидрометеорологическую информацию, поступающую от метеорологических искусственных спутников Земли и наземных радиолокационных центров (из известных научно-технических и патентных источников не выявлены), что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "изобретательский уровень".

Новые признаки обеспечивают получение, обработку, регистрацию, отображение и выдачу потребителям следующей информации:

- гидрометеорологических параметров окружающей среды;

- метеорологической информации от метеорологических искусственных спутников (МИСЗ) типа «Метеор», «NOAA» в виде снимков подстилающей поверхности и облачного покрова Земли;

- факсимильной и телеграфной информации от радиометеорологических центров (РМЦ).

Аппаратные и программные устройства при реализации новых признаков обеспечивают:

а) измерение, вычисление, отображение и регистрацию следующих гидрометеорологических параметров окружающей среды:

- скорости кажущегося ветра (при установке датчика на плавсредстве, например судне);

- направления кажущегося ветра (при установке датчика на судне);

- скорости истинного ветра;

- направления истинного ветра;

- атмосферного давления;

- температуры воздуха;

- относительной влажности воздуха;

- высоты нижней границы облаков;

- метеорологической (оптической) дальности видимости;

б) прием, обработку и отображение гидрометеорологической информации, поступающей от МИСЗ типа «Метеор», «NOAA» в международном аналоговом формате APT, факсимильной и телеграфной информации от РМЦ, принимаемой в форматах FAX и RTTY.

Погрешность выработки параметров при реализации новых признаков приведена в таблице.

Наименование, обозначение параметра	Диапазон	Пределы допускаемой погрешности при Р=0,95
1. Скорость кажущегося ветра W, м/с	от 1 до 50	±(0,50+0,05W)
2. Направление кажущегося ветра, град	от 0 до 360	±6,0 (при W более 5 м/с)
3. Скорость истинного ветра V, м/с	от 1 до 50	±(0,50+0,07V)
4. Направление истинного ветра, град	от 0 до 360	±7,0 (при V более 5 м/с)
5. Атмосферное давление, гПа	от 880 до 1050	±0,5
6. Температура воздуха, °С	от минус 40 до 50	±0,5
7. Относительная влажность воздуха при температуре от минус 20 до 50°С, %	от 30 до 100	±8,0
8. Высота нижней границы облаков h, м	от 15 до 5000	±(15,00+0,05h)
9. Метеорологическая (оптическая) дальность видимости S, м	от 10 до 5000	±(10,0+0,28)

Период обновления отображаемой информации о текущих значениях параметров кажущегося и истинного ветра, атмосферном давлении, температуре и влажности воздуха, высоте нижней границы облаков и метеорологической (оптической) дальности видимости не превышает 5 с.

Расчет параметров "истинного" ветра осуществляется по результатам измерения параметров "кажущегося" ветра и данных о курсе, скорости и координатах судна, получаемых от судовой системы типа «ЛАДОГА-11430» через блок БС - 2. При этом скорость "истинного" ветра рассчитывается для неподвижной точки с географическими координатами судна, а направление - относительно направления на Север. По результатам измерения и расчета параметров ветра изделие индицирует значения минимальной, средней и максимальной скорости "кажущегося" и "истинного" ветра за периоды 2 и 10 мин. При установке устройства на стационарных платформах определяется скорость "истинного" ветра.

Устройство, посредством которого реализуется способ, обеспечивает прием информации о географических координатах (широте, долготе), скорости и курсе судна от его навигационных систем, выдачу метеорологической информации потребителям в стандарте IEC 1162-1, прием сигналов в формате APT от метеорологических ИСЗ в диапазоне от 135 до 138 МГц с шагом перестройки частоты 0,01 МГц, обработку и отображение принятой информации, а также обеспечивает получение и обработку факсимильной (в формате FAX) и телеграфной (в формате RTTY) гидрометеорологической информации, принимаемой радиоприемным устройством от передающих радиометеорологических центров.

Прием, обработка, накопление, регистрация и отображение спутниковой, факсимильной и телеграфной метеорологической информации, а также массива данных гидрометеорологических параметров осуществляются с помощью вычислительных средств устройства приема и отображения информации со следующими техническими характеристиками:

- тактовая частота процессора, МГц, не менее 300;

- объем оперативной памяти не менее 128 Мбайт;

- объем видеопамяти не менее 16 Мбайт;

- объем носителя информации на жестком диске не менее 4.1 Гбайт;

- объем носителя информации на гибком диске 1.44 Мбайт;

- звуковая плата;

- сетевая плата.

Интерфейсы включают:

- 6 последовательных портов RS-232/422;

- 1 параллельный порт (LPT);

- порт PS/2 для подключения манипулятора трекбол.

Сущность технического решения поясняется чертежом.

Устройство включает аппаратуру приема спутниковой, факсимильной и телеграфной метеорологической информации (АСФТИ) - 1, блок сопряжения - 2, блок процессорный (БП) - 3, табло выносное (ТВ) - 4, датчик атмосферного давления (ДАД) - 5, датчик температуры и относительной влажности воздуха (ДТВВ) - 6, датчик метрологической дальности видимости (ДМДВ) - 7, датчик высоты нижней границы облаков (ДВГО) - 8, датчик скорости и направления ветра (ДСНВ) - 9.

Устройство аппаратуры контроля гидрометеорологических параметров (АКГМП) содержит следующие блоки и датчики:

- блок процессорный БП-3;

- датчики скорости и направления ветра анемометрические ДСНВ-9;

- датчик атмосферного давления ДАД-5;

- датчики температуры и относительной влажности воздуха ДТВВ-6;

- датчик метеорологической (оптической) дальности видимости ДМДВ-7;

- датчик высоты нижней границы облаков ДВГО-8;

- табло выносное ТВ-4.

Блок процессорный БП-3 представляет собой настенный приборный шкаф, обеспечивающий энергоснабжение датчиков скорости и направления ветра ДСНВ-9, датчика атмосферного давления ДАД-5, датчиков температуры и относительной влажности воздуха ДТВВ-6, датчика метеорологической (оптической) дальности видимости ДМДВ-7, а также обеспечивает прием текущей информации от вышеуказанных датчиков и от датчика высоты нижней границы облаков ДВГО-8, обрабатывает и выдает ее для визуального отображения оператору на прибор управления и индикации ПУИ и на выносное табло ТВ-4 потребителей, а также транслирует через блок сопряжения БС-2 на системы потребителей информации.

Датчик скорости и направления ветра ДСНВ-9 содержит измерительный преобразователь и два анемометрических измерительных датчика: - скорости ветра (анемометр) и направления ветра (флюгер). Датчик скорости ветра состоит из трехчашечной крыльчатки, вращаемой ветром. На одной оси с крыльчаткой установлен перфорированный диск с отверстиями, который при вращении крыльчатки перекрывает луч света оптоэлектронного преобразователя. Частота импульсов, формируемых оптоэлектронным преобразователем, пропорциональна скорости вращения крыльчатки.

Чувствительный элемент датчика направления ветра - флюгер, ориентирующийся по направлению ветра. На оси вращения установлен перфорированный диск с отверстиями. Оптоэлектронный преобразователь снимает отсчет углового положения диска с шагом 5,6° и выдает цифровой код положения флюгера в виде кода Грея. Измерительный преобразователь преобразует дискретные отсчеты в линейно-изменяющийся ток для токовых измерительных каналов скорости и направления ветра в блоке БП-3.

Датчик ДСНВ-9 содержит нагревательный элемент, который включается термореле при понижении температуры ниже 4°С и поддерживает внутри датчика необходимую рабочую температуру и исключает образование льда.

Датчик атмосферного давления ДАД-5 - цифровой барометр, чувствительным элементом которого является кремниевая диафрагма, работающий по принципу преобразования атмосферного давления в частоту.

Датчик температуры и относительной влажности воздуха - 6 содержит измерительный преобразователь и чувствительные элементы (платиновый датчик сопротивления и кварцевый преобразователь влажности емкостного типа).

Температура и влажность воздуха изменяют величину сопротивления и емкость преобразователя чувствительного элемента и преобразуются измерительным преобразователем в линейно изменяющиеся аналоговые сигналы, пропорциональные измеряемой температуре и влажности.

Датчик метеорологической (оптической) дальности видимости ДМДВ-7 содержит оптический передатчик - светодиодный излучатель инфракрасного (ИК) света и чувствительный фотодиод - приемник. Приемник и передатчик установлены под определенным углом друг к другу и на определенном расстоянии. Оценка метеорологической (оптической) видимости осуществляется путем измерения показателя ослабления инфракрасного света, вызванного рассеянием и поглощением его в фиксированном зондируемом пространстве. После анализа интенсивности рассеянного сигнала встроенным процессорным устройством измеренная величина рассеивания преобразуется в показатель оптической дальности видимости и в цифровом коде ASCII передается по линии связи.

Датчик высоты нижней границы облаков ДВГО-8 - оптический импульсный лазер, зондирующий в вертикальном направлении воздушное пространство импульсом длительностью 100 нс с энергией 1,6 мкДж. Неоднородность воздушного пространства в вертикальном направлении (облака, туман, осадки) вызывает отражение зондирующего импульса, который принимается приемником датчика. По времени задержки между посылкой зондирующего импульса и приходом отраженного сигнала процессор датчика рассчитывает высоту нижней границы облаков и в виде цифрового кода выдает на БП-3 по линии интерфейса RS-485.

Табло выносное ТВ-4 предназначено для отображения численных значений метеорологических параметров и объединяет в одной конструкции три расположенных по вертикали экрана:

- экран для отображения скорости и направления истинного ветра;

- экран для отображения скорости и направление кажущегося ветра.

Устройство обеспечивает следующие режимы работы:

- режим приема информации от МИСЗ;

- режим приема факсимильных карт и телеграмм;

- режим измерения гидрометеорологических параметров;

- режим контроля функционирования.

Режим приема информации от МИСЗ обеспечивает получение снимков подстилающей поверхности и облачного покрова Земли, выполняемых в видимом и инфракрасном диапазонах аппаратурой МИСЗ типа "МЕТЕОР", "NOAA" и передаваемых узкополосным частотно-модулированным сигналом в метровом диапазоне 135-138МГц. Режим выбирается оператором и осуществляется комплексом программного обеспечения (КПО) типа «СПУТНИК», установленным на приборе управления и индикации.

При нахождении МИСЗ в зоне радиовидимости излучаемый передатчиком спутника сигнал принимается антенной MB, усиливается антенным усилителем и по кабелю поступает на вход основного (или резервного) канала приема. Каждый канал приема содержит радиоприемник типа Н-89М и блок синтезатора частоты типа Г-223М. Сигнал гетеродина синтезируется в соответствии с управляющим кодом, поступающим на синтезатор основного или резервного каналов через основной (или резервный) СОМ-порт ПУИ. КПО «СПУТНИК» вырабатывает управляющие коды, выбирающие канал приема (основной или резервный), задающие частоту настройки, и время включения и выключения канала приема для организации сеанса приема информации от МИСЗ.

Принятый основным (или резервным) радиоприемником Н-89М низкочастотный аналоговый APT сигнал преобразуется в последовательный цифровой поток в блоке Г-223М и выдается на основной или резервный выходы канала приема. Цифровой поток основного (или резервного) канала с выхода канала приема поступает соответственно на разъемы СОМ-порта ПУИ и с помощью программного обеспечения записывается на жесткий диск, преобразуется в соответствующий графический формат и отображается на экране монитора. Обмен информацией между ПУИ и каналом приема осуществляется по интерфейсу RS-232.

Функционально СПО АРМ ГМУ подразделяется на следующие блоки:

а) Блоки устройства первичной обработки, выполняющие следующие функции:

- аналого-цифровое преобразование видеосигнала;

- осреднение по дальности и количеству импульсов;

- корректировка сигналов в зависимости от углов бортовой и килевой качки и рыскания, поступающие от НК;

- включение РЛС «КОНТУР-К» и управление режимами сканирования антенны по углу места.

б) Блоки устройства вторичной обработки (УВО) осуществляют распознавание метеорологических явлений, отображение и передачу информации потребителям.

Конфигурация схемного решения позволяет решать все вышеперечисленные задачи с помощью специального программного обеспечения (СПО).

СПО состоит из отдельных программных модулей, которые выполняют определенные функции по приему, обработке, представлению метеорологической информации, а также управлению РЛС и передаче этой информации через сервер пользователя.

При работе на АРМ ГМУ используются следующие программные средства:

- операционная система (ОС),WINDOWS 95, 98, 2000;

- драйверы платы АЦП ADLink 9812 для WINDOWS 98 или 2000;

- драйверы платы RS 485.

Режим приема факсимильных карт погоды или режим приема телеграмм (текстовых сообщений) обеспечивается КПО «ФАКС» («FAX-MAP») и КПО «ТЛГ» («RTTY»), установленными на приборе управления и индикации ПУИ, и выбирается оператором.

Факсимильные метеорологические карты и телеграммы передаются радиометеорологическими центрами в диапазоне коротких волн соответственно частотно-модулированными сигналами FM-FAX и RTTY.

Сигнал FM-FAX или RTTY, принятый радиоприемным устройством (РПУ) типа «Бригантина», демодулируется и выдается на входной разъем блока сопряжения БС-2 в виде низкочастотного сигнала звукового диапазона с амплитудно-частотной (АЧМ) модуляцией.

Согласующее устройство блока БС-2 обеспечивает гальваническую развязку и нормирование сигнала от РПУ. С выходного разъема блока БС-2 сигнал поступает на разъем LINE IN встроенного в ПУИ контроллера обработки звуковых сигналов, где он синхронизируется, оцифровывается, преобразуется в графический формат, записывается на жесткий диск и отображается на экране монитора в виде факсимильных карт или текстовых сообщений.

Полученная информация может быть распечатана на принтере формата А4, подключенном к разъему LPT, или на цветном принтере формата A3, подключенном к разъему USB ПУИ.

Режим измерения гидрометеорологических параметров заключается в измерении датчиками текущих значений метеорологических параметров, преобразовании их в цифровые или аналоговые электрические сигналы и передаче по кабельным линиям связи в процессорный блок БП-3. Текущая информация от датчиков поступает на входные разъемы блока процессорного БП-3, обрабатывается и выдается в цифровом виде соответственно с выходных разъемов на выносные индикаторные табло ТВ-4, в блок сопряжения с корабельными системами БС-2 и прибор управления и индикации. Текущие значения метеорологических параметров отображаются на выносных индикаторных табло ТВ-4, размещенных в помещениях потребителей объекта. Одновременно обработку, отображение и документирование информации осуществляет прибор управления и индикации, подключенный к выходному разъему процессорного блока.

При установке датчиков на судне алгоритм обработки информации в блоке БП-3 построен таким образом, что информация о параметрах ветра, относительной влажности воздуха и температуре выбирается и выдается потребителям от датчиков, расположенных на наветренном борту судна. Такой алгоритм позволяет уменьшить погрешность измерений, вносимую элементами конструкции судна.

При движении судна собственная скорость и курс судна складываются с физическими параметрами скорости и направления истинного ветра, вследствие чего датчик измеряет и выдает параметры "кажущегося" ветра. На основании данных о скорости и курсе, поступающих от навигационных систем корабля через блок БС-2, блок процессорный реализует алгоритм пересчета результатов измерения "кажущегося" ветра в параметры "истинного" ветра и выдает их для отображения (Согласно алгоритму скорость "истинного" ветра рассчитывается для неподвижной точки с географическими координатами корабля, а направление - относительно направления на Север).

Текущие значения основных метеорологических параметров отображаются на экранах индикаторных табло ТВ-4 и на экране монитора ПУИ в виде информационного окна, формируемого программным обеспечением типа «Гидрометеопост».

Структурно изделие представляет собой аппаратно-программный комплекс, функционально объединяющий аппаратуру приема спутниковой, факсимильной и телеграфной метеорологической информации (АСФТИ), аппаратуру контроля гидрометеорологических параметров (АКГМП) и средства сопряжения этих составных частей с навигационными системами-датчиками и потребителями гидрометеорологической информации корабля.

Аппаратура АСФТИ обеспечивает прием информации от МИСЗ и радиометеорологических центров, обработку, запоминание, документирование и отображение ее на экране монитора ПУИ.

Аппаратура АКГМП осуществляет измерение параметров окружающей среды, их обработку, отображение данных измерений на выносных табло ТВ-4 и экране монитора ПУИ.

Аппаратные средства изделия соединены между собой высокочастотными и сигнальными кабелями, кабелями связи, управления и питания.

Аппаратура приема спутниковой, факсимильной и телеграфной метеорологической информации (АСФТИ) - блок 1 (см. чертеж) функционально объединяет:

- устройство антенное MB;

- приемные каналы, представляющие собой блок приема и обработки информации типа Б-2361М;

- устройство приема и отображения информации (УПОИ);

- стойку регистраторов.

Устройство антенное MB представляет собой разборную конструкцию стоечного типа, которая состоит из антенны в виде волнового крестообразного вибратора и стойки-основания с кожухом, в котором размещается антенный усилитель.

Антенный усилитель (АУ) обеспечивает усиление принятого антенной ВЧ-сигнала до уровня, обеспечивающего компенсацию ослабления сигнала в коаксиальном кабеле, соединяющем устройство антенное MB и радиоприемник. Питание на АУ поступает по коаксиальному кабелю от радиоприемника. В основании антенна MB оканчивается установочным фланцем с отверстиями под болты крепления к горизонтальной установочной площадке.

Антенное устройство MB (выход антенного усилителя) подключается к блоку приема и обработки информации.

Блок приема и обработки информации выполнен в виде конструкции, установленной на амортизационных опорах. В блоке установлены пять съемных блоков:

- два блока синтезатора частоты типа Г-223М;

- два радиоприемника универсальных типа Н-89М;

- блок питания.

С лицевой стороны указанные блоки закрываются общей дверцей. На верхней панели блока установлены сетевые предохранители, тумблер включения питающей сети и разъемы. На лицевых панелях съемных блоков имеются контрольные светодиоды, цифровые индикаторы, входные и выходные малогабаритные ВЧ-разъемы.

Устройство приема и отображения информации включает в себя:

- прибор управления и индикации ПУИ с клавиатурой и манипулятором трекбол;

- два блока бесперебойного питания;

- две коробки распределительные.

Прибор управления и индикации ПУИ представляет собой малогабаритный вычислительный комплекс, системный блок и монитор которого объединены в единую конструкцию, к которой подключены клавиатура и манипулятор трекбол. На задней стенке ПУИ расположены разъемы подключения питания, клавиатуры, манипулятора трекбол и внешних устройств, а также выключатель питания.

Устройства ввода информации - дисководы для чтения дисков CD-ROM и дискет размером 3,5” - расположены под крышкой на лицевой стороне ПУИ. Блок сопряжения с корабельными системами БС-2 конструктивно представляет собой приборный настенный шкаф. Функционально блок обеспечивает связь изделия с системами навигационной информации судна (о местоположении, курсе, скорости) и системами потребителями метеорологической информации. Мультиплексорные устройства БС-2 организуют прием навигационной информации от судовых систем и выдают ее на процессорный блок БП-3 АКГМП и на ПУИ устройства приема и отображения информации АСФТИ.

Способ реализуется следующим образом.

Посредством датчиков 5÷9 измеряют атмосферные параметры, такие как текущие значения истинного ветра, атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, высоты нижней границы облаков и метеорологической дальности видимости на разнесенных в пространстве пунктах наблюдений, оборудованных на нефтяных платформах или погрузочных терминалах. Одновременно с измерениями принимают информацию от метеорологических спутников Земли, радиометеорологических центров и метеорологических локаторов.

Обрабатывают измеренную и принятую информацию от внешних источников информации. При обработке информации, полученной от нескольких метеорадиолокаторов, определяют метеорологический потенциал для каждой станции по формуле: 10lgП_м=10lgA_p + 10lgP_и + 10lgh + 10lgK_AB - 10lgP_ш - 40lgλ - 110, где

П_м - метеорологический потенциал, А_р - апертура (площадь раскрыва антенны), Р_и - импульсная мощность радиолокатора, h - пространственная протяженность зондирующего импульса (h=сτ), К_АВ - коэффициент усиления антенно-волноводного тракта, Р_ш - уровень шумов приемного тракта, λ - длина волны радиолокатора, с - скорость распространения электромагнитных колебаний, τ - длительность зондирующего импульса.

Посредством метеорологического потенциала можно сравнить различные радиолокаторы с точки зрения их эффективности для метеорологических наблюдений. Чем больше потенциал, тем лучше станция приспособлена для метеорологических наблюдений (Брылев Г.Б., Гашина С.Б., Низдойминога Г.Д. Радиолокационные характеристики облаков и осадков. - Л.: Гидрометеоиздат, 1986-231 с.).

При обработке информации, полученной от радиолокаторов, информацию, полученную от радиолокатора, имеющего больший потенциал, принимают за эталонную, относительно которой выполняется последующая обработка.

Скорость, направление и продолжительность ветра фиксируют не менее чем на трех высотных эшелонах 3÷10 м, 30÷150 м (путем непосредственных измерений посредством датчиков), 0,5÷100 км (косвенным путем посредством обработки информации, полученной от метеолокаторов.

Измеренные параметры наносят на метеокарты, полученные от внешних источников информации. На эти же карты наносят сезонные параметры, полученные за многолетние наблюдения в данном районе и хранящиеся в ПЗУ процессорного блока.

Выполняют анализ на содержание аномальных значений, характеризующих опасные явления, путем построения полуэмпирической модели колебаний уровня течений и волнений в зависимости от скорости, направления и продолжительности ветра. При этом верикацию полуэмпирической модели выполняют на основе многолетних гидрометеорологических наблюдений для конкретного района.

При прогнозировании опасных и особоопасных явлений строят карты распределения аддитивных показаний и отождествляют явления, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей.

Реализация способа технической сложности не представляет, так как могут быть использованы датчики и аппаратные средства, имеющие широкое применение, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности "промышленная применимость".

Источники информации

1. Авторское свидетельство СССР №1187595.

2. Авторское свидетельство СССР №1789949.

3. Авторское свидетельство СССР №1789948.

4. Авторское свидетельство СССР №717981.

5. Авторское свидетельство СССР №1789951.

6. Авторское свидетельство СССР №1789931.

7. Патент РФ №2030749.

8. Патент РФ №2032148.

9. Авторское свидетельство СССР №1770770.

Claims

Способ определения метеорологических параметров, заключающийся в измерении текущих значений истинного ветра, атмосферного давления, температуры и влажности воздуха, высоты нижней границы облаков, метеорологической дальности видимости и прогнозе метеорологических параметров с выявлением опасных и особо опасных явлений, отличающийся тем, что метеорологические параметры измеряют в том числе путем посылки в атмосферу электромагнитного излучения, принимают обратное рассеянное излучение с последующей обработкой принятых сигналов и прогнозируют метеорологические параметры на разнесенных в пространстве пунктах наблюдений, снабженных измерительной аппаратурой, включающей в том числе и метеолокатор, при анализе на содержание аномальных значений дополнительно используют гидрометеорологичесую информацию, поступающую от метеорологических искусственных спутников Земли, а прогноз метеорологических параметров выполняют путем построения полуэмпирической модели колебаний уровня течений и волнений в зависимости от скорости, направления и продолжительности ветра не менее чем на трех высотных эшелонах, при этом верикацию полуэмпирической модели выполняют на основе многолетних гидрометеорологических наблюдений и текущих измеренных значений для конкретного района, при прогнозировании опасных и особо опасных явлений строят карты распределения аддитивных показателей и отождествляют явления, характеризующиеся распределением аномальных значений аддитивных показателей, выполняют анализ на содержание аномальных значений путем сравнения измеренных метеорологических параметров на каждом пункте наблюдений, по изменению приращений параметров во времени судят о направлении движения опасных явлений, причем в качестве эталонных значений принимают измеренные метеорологические параметры, полученные посредством метеорологической станции, имеющей больший метеорологический потенциал.