RU2500985C1 - Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice - Google Patents
Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice Download PDFInfo
- Publication number
- RU2500985C1 RU2500985C1 RU2012126901/28A RU2012126901A RU2500985C1 RU 2500985 C1 RU2500985 C1 RU 2500985C1 RU 2012126901/28 A RU2012126901/28 A RU 2012126901/28A RU 2012126901 A RU2012126901 A RU 2012126901A RU 2500985 C1 RU2500985 C1 RU 2500985C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- ice
- interferometer
- height
- thickness
- base
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01W—METEOROLOGY
- G01W1/00—Meteorology
- G01W1/14—Rainfall or precipitation gauges
Landscapes
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Environmental & Geological Engineering (AREA)
- Hydrology & Water Resources (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Atmospheric Sciences (AREA)
- Biodiversity & Conservation Biology (AREA)
- Ecology (AREA)
- Environmental Sciences (AREA)
- Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области гидроакустики и предназначено для дистанционных акустических измерений морфометрических характеристик плавучих льдов из-под воды.The invention relates to the field of hydroacoustics and is intended for remote acoustic measurements of the morphometric characteristics of floating ice from under water.
К основным морфометрическим характеристикам плавучих льдов относятся: осадка, толщина и высота льда, а также профиль рельефа нижней и верхней поверхностей ледяного покрова [1].The main morphometric characteristics of floating ice include: sediment, ice thickness and height, as well as the relief profile of the lower and upper surfaces of the ice cover [1].
Известны способы дистанционного определения осадки и толщины льда, а также построения профиля рельефа его нижней поверхности с помощью гидроакустических средств, которые описаны, например, в [2, стр.133-158.].Known methods for remote determination of precipitation and thickness of ice, as well as building a profile of the relief of its lower surface using hydroacoustic means, which are described, for example, in [2, p.133-158.].
Основными недостатками известных способов дистанционного определения осадки и толщины льда с помощью гидроакустических средств является:The main disadvantages of the known methods for remote determination of precipitation and ice thickness using sonar is:
Невозможность определения осадки, толщины и высоты ледяного покрова в полосе обзора над носителем гидроакустического средства и, как следствие этого, их малая производительность при исследовании ледяного покрова. Этот недостаток обусловлен тем, что известные способы, в принципе, позволяют оценивать морфометрические характеристики ледяного покрова в его сечении вертикальной плоскостью (профильные измерения), а не по его площади [2].The impossibility of determining the precipitation, thickness and height of the ice sheet in the field of view above the sonar carrier and, as a consequence, their low productivity in the study of the ice sheet. This disadvantage is due to the fact that the known methods, in principle, make it possible to evaluate the morphometric characteristics of the ice cover in its section by a vertical plane (profile measurements), and not by its area [2].
Низкая точность измерения толщины Hi плавучего ледяного покрова, а также невозможность измерения его высоты над поверхностью воды и построения профиля верхней поверхности ледяного покрова. Ошибки при оценке толщины льда возникают вследствие того, что упомянутый способ не учитывает высоту льда над поверхностью воды, которая зависит от плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, имеющих ярко выраженные сезонные изменения.The low accuracy of measuring the thickness H i of the floating ice sheet, as well as the impossibility of measuring its height above the water surface and constructing the profile of the upper surface of the ice sheet. Errors in estimating the thickness of ice arise because the method does not take into account the height of the ice above the surface of the water, which depends on the density of floating ice and the height of the snow cover on it, having pronounced seasonal changes.
Наиболее близким аналогом предлагаемого способа, выбранным в качестве прототипа, является способ описанный в [2, стр.133-135]. Этот способ определения осадки и толщины льда с подводного объекта (подводной лодки, подводного аппарата, притопленной буйковой станции) характеризуется следующими операциями:The closest analogue of the proposed method, selected as a prototype, is the method described in [2, p.133-135]. This method of determining precipitation and ice thickness from an underwater object (submarine, submarine, submerged buoy station) is characterized by the following operations:
- излучение в направлении поверхности водоема с помощью импульсного гидролокатора, в качестве которого используется эхолот, зондирующих сигналов и последующий прием акустических эхосигналов, отраженных (рассеянных) границей раздела вода/лед;- radiation in the direction of the surface of the reservoir using a pulsed sonar, which uses an echo sounder, sounding signals and the subsequent reception of acoustic echo signals reflected (scattered) by the water / ice interface;
- вычисление по времени запаздывания эхо-сигнала кратчайшего расстояния
- одновременное измерение с помощью гидростата глубины погружения
- вычисление осадки льда di в точке отражения зондирующего акустического сигнала, как разности
- построение профиля (сечения) нижней границы ледяного покрова с использованием последовательных значений осадки льда di при перемещении гидролокатора.- building a profile (section) of the lower boundary of the ice sheet using successive values of ice precipitation d i when moving the sonar.
Полученные таким способом значения осадки льда di часто используются в качестве действительных значений толщины плавучего льда Hi. Однако практика показывает, что подобное приближение при оценке толщины льда может вызывать ошибки до 20% и более от значения измеряемой толщины льда, что делает некорректными сравнение результатов этих измерений с данными полученными другими измерительными устройствами.Ice precipitation values d i obtained in this way are often used as actual values of the floating ice thickness H i . However, practice shows that such an approximation in estimating ice thickness can cause errors of up to 20% or more of the measured ice thickness, which makes it incorrect to compare the results of these measurements with data obtained by other measuring devices.
Недостатком рассмотренного способа является отсутствие в нем операций, позволяющих за один цикл «излучение - прием» определить осадку, толщину и высоту плавучего льда в полосе обзора над подводным объектом, а также учитывать ошибки при оценке толщины льда, возникающие вследствие сезонных изменений плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем. Кроме того, по результатам одного цикла «излучение - прием» можно получить данные об осадке и толщине льда только в одной точке его поверхности, находяжейся над антенной эхолота.The disadvantage of this method is the lack of operations in it, allowing for one cycle "radiation - reception" to determine the draft, thickness and height of floating ice in the field of view above the underwater object, and also take into account errors in estimating the thickness of the ice arising from seasonal changes in the density of floating ice and snow depth on it. In addition, according to the results of one “radiation-reception” cycle, data on the draft and thickness of ice can be obtained only at one point on its surface located above the sounder antenna.
Техническим результатом изобретения является обеспечение возможности измерения морфометрических характеристик (осадки, толщины и высоты) плавучих льдов из-под воды в широкой полосе обзора с повышенной точностью.The technical result of the invention is the ability to measure the morphometric characteristics (precipitation, thickness and height) of floating ice from under water in a wide field of view with increased accuracy.
Для достижения указанного технического результата в способ определения осадки и толщины льда с подводного объекта, включающий излучение излучающей антенной гидролокатора с подводного объекта в направлении поверхности водоема зондирующих сигналов, прием акустических эхосигналов, отраженных границей раздела вода/лед и одновременное измерение с помощью гидростата абсолютного гидростатического давления p на гидролокатор введены новые признаки, а именно в качестве гидролокатора используют интерферометр, приемные антенны которого имеют узкую в горизонтальной и широкую в вертикальной плоскостях характеристики направленности (ХН) и разнесены по вертикали на расстояние D, являющееся базой интерферометра, принимают эхосигналы обеими приемными антеннами в диапазоне углов Θ, охватываемых их ХН, по интерференционной картине измеряют расстояния между нулевой линией, соответствующей середине базы интерферометра и серединой интерференционной полосы, соответствующей точкам отражения от нижней поверхности льда принятых эхосигналов, пропорциональные удалению этих точек отражения от середины базы интерферометра, с помощью масштабной линейки, определяя наклонные дальности ri точек отражения эхо-сигнала до середины базы интерферометра, обозначенной на фиг.1а точкой 0, по формуле
где i=1, 2, 3 … n - номер интерференционной полосы, отсчитываемый от нулевой линии на интерференционной картине, соответствующей моменту излучения зондирующего сигнала, λ0 - длина волны принимаемого эхо-сигнала, определяют высоту zi каждой i-той точки отражения от нижней поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, проходящей середину базы интерферометра, по формуле
определяют горизонтальную дальность Li от середины базы интерферометра 0 до каждой i-той точки отражения, используя значения высоты zi вычисляют значения осадки льда di в каждой i-той точке отражения от нижней поверхности льда и на соответствующей горизонтальной дальности Li по формуле di=h0-zi, где h0 - глубина середины базы интерферометра относительно поверхности воды, вычисляют по формуле h0=(p-patm)k1k2, где patm - атмосферное давление над поверхностью льда в точке нахождения объекта, k1, поправка на среднюю по вертикальному разрезу плотность морской воды ρ и k2 - гравитационная поправка соответственно, вычисляют толщину льда Hi с помощью уравнения линейной регрессии вида Hi (см) = adi (см) + b (см), где a и b - эмпирические коэффициенты регрессии, учитывающие сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, для каждого из трех основных сезонов годового цикла, в каждой i-той точке вычисляют высоту плавучего льда ei относительно поверхности воды, как разность значений его толщины и осадки в точках поверхности по формуле ei=(Hi-di) и по полученным Li, di и ei строят профили соответственно нижней и верхней поверхности озвученного участка плавучего льда в полосе обзора, соответствующей диапазону углов, охватываемых характеристиками направленности интерферометра.determine the horizontal distance L i from the middle of the base of the interferometer 0 to each i-th reflection point, using the values of height z i calculate ice precipitation d i at each i-th reflection point from the bottom surface of the ice and at the corresponding horizontal distance L i using the formula d i = h 0 -z i , where h 0 is the depth of the middle of the base of the interferometer relative to the surface of the water, calculated by the formula h 0 = (pp atm ) k 1 k 2 , where p atm is the atmospheric pressure above the ice surface at the location of the object, k 1 , correction for the vertical average density of sea water ρ and k 2 are gravity corrections, respectively, the ice thickness H i is calculated using the linear regression equation of the form H i (cm) = a d i (cm) + b (cm), where a and b are empirical regression coefficients taking into account seasonal changes in the density of floating ice and the height of the snow cover on it, for each of the three main seasons of the annual cycle, at each i-th point, the height of the floating ice e i relative to the surface of the water is calculated as the difference in the values of its thickness and precipitation at surface points using the formula e i = (H i -d i ) and from the obtained L i , d i and e i build the profiles, respectively, of the lower and upper surface of the voiced section of floating ice in the field of view corresponding to the range of angles covered by the directivity characteristics of the interferometer.
Наилучший результат получается, если излучающая антенна расположена в средней точке базы интерферометра.The best result is obtained if the emitting antenna is located at the midpoint of the base of the interferometer.
Эмпирические коэффициенты регрессии могут быть определены для летнего сезона (16 июня - сентябрь) a=0,83, b=39,2, для осеннего сезона (октябрь-ноябрь) a=1,084, b=0,6 и зимнего сезона (декабрь - 15 июня) a=1,070, b=4,6,The empirical regression coefficients can be determined for the summer season (June 16 - September) a = 0.83, b = 39.2, for the autumn season (October-November) a = 1.084, b = 0.6 and the winter season (December - June 15) a = 1,070, b = 4,6,
Среднеквадратическая ошибка расчета толщины льда по уравнению Hi (см) = adi (см) + b (см) для зимнего периода не превышает 3 см при толщине льда 350 см (относительная ошибка 0,85%). В осенний и летний периоды значение коэффициента корреляции между толщиной и осадкой льда уменьшается до 0,91, а среднеквадратическая ошибка возрастает до 4-5 см [3]. Указанные ошибки измерения существенно меньше, чем у прототипа.The root-mean-square error of calculating the ice thickness according to the equation H i (cm) = a d i (cm) + b (cm) for the winter period does not exceed 3 cm with an ice thickness of 350 cm (relative error 0.85%). In the autumn and summer periods, the value of the correlation coefficient between the thickness and ice sediment decreases to 0.91, and the standard error increases to 4-5 cm [3]. These measurement errors are significantly less than that of the prototype.
Сущность способа поясняется фиг.1 и фиг.2.The essence of the method is illustrated in figure 1 and figure 2.
На фиг.1а дана схема, поясняющая способ, где в проекции на вертикальную плоскость изображены:On figa is a diagram explaining the method, where in a projection on a vertical plane shows:
A1, A2 - приемные акустические антенны интерферометра;A 1 , A 2 - receiving acoustic antennas of the interferometer;
D - база интерферометра;D is the base of the interferometer;
0 - средняя точка базы интерферометра;0 - midpoint of the base of the interferometer;
l - геометрическая разность хода эхо-сигнала от некоторой точки поверхности льда М до антенн интерферометра;l is the geometric difference in the echo path from a point on the ice surface M to the antennas of the interferometer;
ri - наклонная дальность от базы интерферометра до точки поверхности льда;r i is the slant range from the base of the interferometer to the point on the ice surface;
zi - высота точки поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, проходящей через среднюю точку базы интерферометра;z i - the height of the point on the surface of the ice relative to the horizontal plane passing through the midpoint of the base of the interferometer;
h0 - глубина средней точки базы интерферометра относительно поверхности воды;h 0 - the depth of the midpoint of the base of the interferometer relative to the surface of the water;
Θ - угол, отсчитываемый от оси ХН антенны в вертикальной плоскости;Θ is the angle measured from the axis of the XN antenna in the vertical plane;
θi - угол скольжения;θ i is the slip angle;
Li - горизонтальная дальность от средней точки базы интерферометра до некоторой точки поверхности льда;L i is the horizontal distance from the midpoint of the base of the interferometer to a certain point on the ice surface;
di - осадка льда;d i - ice sediment;
Hi - толщина льда;H i is the thickness of the ice;
ei - высота льда.e i is the height of the ice.
На фиг.1б представлена структурная схема, реализующая предлагаемый способ. Структурная схема содержит: излучающую антенну интерферометра A, приемные акустические антенны интерферометра A1, A2; 1 - генераторное устройство, 2 - приемоусилительные устройства, 3 - фазовый различитель, 4 - регистратор (индикатор), 5 - устройство определения номера i интерференционной полосы, 6 - вычислитель угла скольжения θi, 7 - вычислитель высоты zi и горизонтальной дальности Li, 8 - устройство вычисления осадки льда di, 9 - устройство вычисления толщины льда Hi, 10 - устройство вычисления высоты льда ei, 11 - интерферометр, известный из [4].On figb presents a structural diagram that implements the proposed method. The block diagram contains: a radiating antenna of the interferometer A, receiving acoustic antennas of the interferometer A 1 , A 2 ; 1 - generator device, 2 - receiving amplifiers, 3 - phase discriminator, 4 - recorder (indicator), 5 - device for determining the number i of the interference band, 6 - calculator of the angle of slip θ i , 7 - calculator of height z i and horizontal range L i , 8 - device for calculating ice precipitation d i , 9 - device for calculating ice thickness H i , 10 - device for calculating ice height e i , 11 - interferometer known from [4].
На фиг.2 представлен вид интерференционной картины на выходе интерферометра, где 1 - нулевая линия (начало отсчета наклонной дальности), соответствующая моменту излучения интерферометром зондирующего сигнала, x1 - расстояние от нулевой линии до первой интерференционной полосы, соответствующее наклонной дальности r1 до точки поверхности льда.Figure 2 presents a view of the interference pattern at the output of the interferometer, where 1 is the zero line (the origin of the oblique range), corresponding to the moment the interferometer emits the probe signal, x 1 is the distance from the zero line to the first interference band corresponding to the oblique range of r 1 to the point ice surface.
Способ характеризуется следующими операциями:The method is characterized by the following operations:
В некоторый момент времени излучающая антенна интерферометра излучает в сторону поверхности воды акустический импульсный зондирующий радиосигнал. Поскольку оси характеристик направленности (ХН) антенн интерферометра в горизонтальной плоскости перпендикулярны диаметральной плоскости его носителя, происходит облучение нижней поверхности льда акустической энергией в направлении перпендикулярном линии курса носителя. Вследствие узкой в горизонтальной и широкой в вертикальной плоскостях ХН излучающей антенны интерферометра облучается узкая в горизонтальной и широкая в вертикальной плоскостях полоса нижней поверхности льда.At some point in time, the radiating antenna of the interferometer emits an acoustic pulse sounding radio signal to the side of the water surface. Since the axes of the directivity characteristics (CH) of the interferometer antennas in the horizontal plane are perpendicular to the diametrical plane of its carrier, the lower surface of the ice is irradiated with acoustic energy in the direction perpendicular to the carrier line. Due to the narrow in the horizontal and wide in vertical planes XI emitting antenna of the interferometer, a narrow in the horizontal and wide in vertical planes strip of the lower surface of the ice is irradiated.
После излучения зондирующего сигнала интерферометр переходит в режим приема рассеянных нижней поверхностью ледяного покрова эхосигналов. Прием эхо-сигналов производится двумя разнесенными в вертикальной плоскости приемными акустическими антеннами А1 и А2. Первыми к антеннам приходят эхосигналы от наиболее близких точек поверхности льда, затем от все более удаленных точек облученной полосы нижней поверхности льда.After the probe signal is emitted, the interferometer switches to the mode of receiving echo signals scattered by the lower surface of the ice sheet. Echo signals are received by two spaced apart in a vertical plane receiving acoustic antennas A 1 and A 2 . Echo signals from the closest points on the surface of the ice come first to the antennas, then from increasingly distant points on the irradiated strip of the bottom surface of the ice.
После приема эхо-сигнала от наиболее удаленной точки облученной полосы нижней поверхности льда режим приема заканчивается. Для получения профиля ледовой поверхности за пределами угла, охватываемого ХН антенн интерферометра в горизонтальной плоскости, подводный объект может быть перемещен, после чего интерферометр излучает в сторону поверхности воды очередной акустический импульсный зондирующий радиосигнал. По мере движения носителя интерферометра по линии курса облучаются новые, примыкающие друг к другу полосы нижней поверхности льда, эхосигналы от которых принимаются антеннами интерферометра.After receiving the echo from the farthest point of the irradiated strip of the lower ice surface, the reception mode ends. To obtain a profile of the ice surface beyond the angle covered by the interferometer’s antenna antennas in the horizontal plane, the underwater object can be moved, after which the interferometer emits another acoustic pulse sounding signal to the side of the water surface. As the interferometer carrier moves along the course line, new adjacent bands of the lower ice surface are irradiated, echo signals from which are received by the interferometer antennas.
Прием эхо-сигналов производится двумя разнесенными в вертикальной плоскости приемными акустическими антеннами А1 и А2. Первыми к антеннам приходят эхосигналы от наиболее близких точек поверхности льда, затем от все более удаленных точек облученной полосы нижней поверхности льда.Echo signals are received by two spaced apart in a vertical plane receiving acoustic antennas A 1 and A 2 . Echo signals from the closest points on the surface of the ice come first to the antennas, then from increasingly distant points on the irradiated strip of the bottom surface of the ice.
Если разность хода l, зависящая от базы интерферометра D и θi, равна целому числу длин волн λ0 принимаемого эхо-сигнала, т.е. l=iλ0, где i=1, 2, 3, …, то при сложении напряжений эхосигналов, снимаемых с выходов антенн А1 и А2, суммарный сигнал будет равен сумме напряжений этих сигналов. Если l=(2i-1)λ0/2, то суммарный сигнал будет равен их разности. Указанный эффект обусловлен интерференцией эхо-сигнала от точки поверхности льда, принятого разнесенными по вертикали антеннами интерферометраIf the path difference l, which depends on the base of the interferometer D and θ i , is equal to an integer number of wavelengths λ 0 of the received echo signal, i.e. l = iλ 0 , where i = 1, 2, 3, ..., then when adding the voltage of the echo signals taken from the outputs of the antennas A 1 and A 2 , the total signal will be equal to the sum of the voltages of these signals. If l = (2i-1) λ 0/2, then the sum signal will be equal to their difference. The indicated effect is due to interference of the echo signal from a point on the surface of the ice received by vertically spaced antennas of the interferometer
В процессе приема и суммирования эхосигналов, приходящих от все более удаленных точек облученной полосы поверхности льда, на его выходе интерферометра будет наблюдаться интерференционная картина, которая будучи зарегистрированной на яркостном регистраторе (индикаторе) с прямоугольной растровой разверткой в координатах «путевая дальность» - «наклонная дальность», будет представлять собой чередующиеся темные и светлые полосы (интерференционные полосы), как это показано на фиг.2.In the process of receiving and summing the echo signals coming from more and more distant points of the irradiated strip of the ice surface, an interference pattern will be observed at its output of the interferometer, which, being recorded on a brightness recorder (indicator) with a rectangular raster scan in the coordinates “track distance” - “oblique range "Will be an alternating dark and light stripes (interference stripes), as shown in figure 2.
Каждая интерференционная полоса на интерференционной картине имеет свой номер, равный целому числу i длин волн λ0, характеризующих разность хода l=iλ0. Иными словами i - это номер интерференционной полосы на интерференционной картине или номер интерференционного лепестка в ХН антенны интерферометра, ось одного из которых (i-ого) изображена на фиг.1а.Each interference band in the interference pattern has its own number equal to an integer i of wavelengths λ 0 characterizing the path difference l = iλ 0 . In other words, i is the number of the interference band in the interference pattern or the number of the interference lobe in the XN of the antenna of the interferometer, the axis of one of which (i-th) is shown in figa.
Интерференционные полосы удалены от нулевой линии (начала отсчета наклонной дальности), соответствующей моменту излучения интерферометром зондирующего сигнала, на расстояния xi, пропорциональные соответствующим наклонным дальностям ri до точек поверхности.The interference fringes are removed from the zero line (the reference point of the slant range) corresponding to the moment the interferometer emits the probe signal, at distances x i proportional to the corresponding slant ranges r i to the surface points.
Измеряются эти дальности с помощью масштабной линейки. Измерения проводятся от нулевой линии интерференционной картины.These ranges are measured using a scale ruler. Measurements are taken from the zero line of the interference pattern.
Наклонная дальность ri до точки пересечения поверхности льда с осью i-ого интерференционного лепестка связана с высотой zi этой точки поверхности льда относительно горизонтальной плоскости, проходящей через среднюю точку базы интерферометра соотношениемThe inclined distance r i to the point of intersection of the ice surface with the axis of the i-th interference lobe is related to the height z i of this point on the ice surface relative to the horizontal plane passing through the midpoint of the base of the interferometer by the ratio
В свою очередь из фиг.1а следует, чтоIn turn, from figa that
Объединяя (1) и (2) получимCombining (1) and (2) we get
Горизонтальная дальность Li от средней точки базы интерферометра до некоторой точки поверхности льда может быть определена по формулеThe horizontal distance L i from the midpoint of the base of the interferometer to a certain point on the ice surface can be determined by the formula
Таким образом, интерференционная картина однозначно связана с рельефом нижней поверхности льда и может быть использована при определении высот и горизонтальных дальностей в широкой полосе обзора. Для этого необходимо определить номера интерференционных полос i, измерить наклонные дальности ri и, по известному для данного интерферометра соотношению
Используя значения высот zi вычисляются значения осадки льда di в соответствующих точках нижней поверхности льда и на соответствующих горизонтальных дальностях Li по формулеUsing the values of rainfall ice values z i d i calculated heights at the respective points of the bottom surface of the ice and on the corresponding horizontal distances L i by the formula
где h0 - глубина середины базы интерферометра относительно поверхности воды, вычисляют по формуле h0=(р-patm)k1k2, где patm - атмосферное давление над поверхностью льда в точке нахождения объекта, k1 - поправка на среднюю по вертикальному разрезу плотность морской воды ρ и k2 - гравитационная поправка соответственно. По значениям осадки льда di вычисляется толщина льда Hi с помощью уравнения линейной регрессии видаwhere h 0 is the depth of the middle of the base of the interferometer relative to the surface of the water, calculated by the formula h 0 = (p-p atm ) k 1 k 2 , where p atm is the atmospheric pressure above the ice surface at the point of location of the object, k 1 is the average correction over vertical section, the density of sea water ρ and k 2 - gravity correction, respectively. The ice thickness H i is calculated from the values of ice precipitation d i using the linear regression equation of the form
где a и b - эмпирические коэффициенты регрессии, учитывающие сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, для каждого из трех основных сезонов годового цикла могут быть определены как - для летнего сезона (16 июня - сентябрь) a=0,83, b=39,2, для осеннего сезона (октябрь-ноябрь) a=1,084, b=0,6 и зимнего сезона (декабрь - 15 июня) a=1,070, b=4,6 [3].where a and b are empirical regression coefficients that take into account seasonal changes in the density of floating ice and the height of the snow cover on it, for each of the three main seasons of the annual cycle can be defined as - for the summer season (June 16 - September) a = 0.83, b = 39.2, for the fall season (October-November) a = 1.084, b = 0.6 and the winter season (December - June 15) a = 1.070, b = 4.6 [3].
Вычисляется высота плавучего льда е, относительно поверхности воды, как разность каждой пары значений его толщины и осадки в точках поверхности по формулеThe height of floating ice e, relative to the surface of the water, is calculated as the difference of each pair of values of its thickness and precipitation at points on the surface using the formula
В результате описанным выше способом можно определить морфометрические характеристики плавучего ледяного покрова (осадку, толщину, высоту, профили нижней и верхней поверхности) не только в широкой полосе обзора над носителем, характеризуемой значением Li, но и по площади поверхности льда с высокой точностью, обусловленной исключением ошибок в оценке толщины льда, возникающих вследствие сезонных изменений плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем.As a result, using the method described above, it is possible to determine the morphometric characteristics of the floating ice cover (sediment, thickness, height, profiles of the lower and upper surfaces) not only in a wide field of view above the carrier, characterized by the value of L i , but also by the ice surface area with high accuracy, due to the exception of errors in estimating the thickness of ice arising as a result of seasonal changes in the density of floating ice and the height of the snow cover on it.
Источники информацииInformation sources
1. Бородачев В.Е., Гаврило В.П., Казанский М.М. Словарь морских ледовых терминов. СПб.: Гидрометеоиздат, 1994. - 138 с.1. Borodachev V.E., Gavrilo V.P., Kazan M.M. Glossary of marine ice terms. St. Petersburg: Gidrometeoizdat, 1994 .-- 138 p.
2. Богородский А.В., Островский Д.Б. Гидроакустические навигационные и поисково-обследовательские средства. С-Пб.: Издательство СПб ГЭТУ «ЛЭТИ», 2009. 242 с.2. Bogorodsky A.V., Ostrovsky D.B. Hydroacoustic navigation and search and research facilities. S-Pb .: Publishing house of St. Petersburg GETU "LETI", 2009.224 p.
3. Миронов Е.У., Сенько Е.П. О взаимосвязи толщины и осадки льда // Труды ААНИИ. - 1995. Т.435. - С.47-54.3. Mironov E.U., Senko EP On the relationship of thickness and precipitation of ice // Transactions of AANII. - 1995.V.435. - S. 47-54.
4. Барась С.Т. Исследование и разработка гидролокационного интерферометра для картографической съемки дна в широкой полосе обзора. Дис… канд. техн. наук / ОКБ «Риф». Г.Бельцы, 1981. - 210 с.4. Baras S.T. Research and development of sonar interferometer for cartographic bottom surveying in a wide field of view. Dis ... cand. tech. sciences / OKB "Reef". G. Beltsy, 1981. - 210 p.
Claims (3)
где patm - атмосферное давление над поверхностью льда в точке нахождения объекта;
k1 - поправка на среднюю по вертикальному разрезу плотность морской воды ρ и k2 - гравитационная поправка соответственно, вычисляют толщину льда Hi с помощью уравнения линейной регрессии вида Hi (см) = adi (см) + b (см),
где a и b - эмпирические коэффициенты регрессии, учитывающие сезонные изменения плотности плавучего льда и высоты снежного покрова на нем, для каждого из трех основных сезонов годового цикла, в каждой i-й точке вычисляют высоту плавучего льда ei относительно поверхности воды, как разность значений его толщины и осадки в точках поверхности по формуле ei=(Hi-di) и, по полученным Li, di и ei, строят профили соответственно нижней и верхней поверхности озвученного участка плавучего льда в полосе обзора соответствующей диапазону углов, охватываемых характеристиками направленности интерферометра.1. A method for remote determination of precipitation, thickness and height of ice, comprising emitting a sonar emitting antenna from an underwater object in the direction of the surface of the reservoir of sounding signals, receiving acoustic echo signals reflected by the water / ice interface, and simultaneously measuring the absolute hydrostatic pressure p to the sonar using a hydrostat characterized in that an interferometer is used as a sonar, the receiving antennas of which are narrow in the horizontal and wide in the vertical plane x directional characteristics (XI) and spaced vertically by a distance D, which is the base of the interferometer, receive echo signals by both receiving antennas in the range of angles covered by their XN, the distance between the zero line corresponding to the middle of the interferometer base and the middle of the interference band corresponding to the interference pattern is measured points of reflection from the bottom ice surface of the received echo signals, proportional to the distance of these points of reflection from the middle of the base of the interferometer, using rulers, determining the inclined ranges r i of the reflection points of the echo signal to the middle of the interferometer base, according to the formula
where p atm - atmospheric pressure above the ice surface at the point of location of the object;
k 1 - correction for the average vertical density of sea water ρ and k 2 - gravity correction, respectively, calculate the ice thickness H i using the linear regression equation of the form H i (cm) = ad i (cm) + b (cm),
where a and b are empirical regression coefficients that take into account seasonal changes in the density of floating ice and the height of the snow cover on it, for each of the three main seasons of the annual cycle, at each i-th point, the height of the floating ice e i relative to the surface of the water is calculated as the difference its thickness and precipitation at surface points using the formula e i = (H i -d i ) and, according to the obtained L i , d i and e i , construct profiles of the lower and upper surfaces of the voiced section of floating ice in the field of view corresponding to the range of angles, covered by directivity characteristics of the interferometer.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012126901/28A RU2500985C1 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012126901/28A RU2500985C1 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2500985C1 true RU2500985C1 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=49711125
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012126901/28A RU2500985C1 (en) | 2012-06-27 | 2012-06-27 | Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2500985C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712969C2 (en) * | 2014-12-16 | 2020-02-03 | Джапан Ойл, Гас Энд Металс Нэйшнл Корпорэйшн | Method for remote measurement of ice thickness, method for remote measurement of ice strength, device for remote measurement of ice thickness, device for remote measurement of ice strength and remote measuring module |
CN118314529A (en) * | 2024-06-07 | 2024-07-09 | 深圳金三立视频科技股份有限公司 | Wire icing detection method and device, electronic equipment and readable storage medium |
Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1418614A (en) * | 1973-01-15 | 1975-12-24 | Raytheon Co | Scanning sonar system |
RU70983U1 (en) * | 2007-11-16 | 2008-02-20 | Государственное Учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" | DEVICE FOR MEASURING THICKNESS OF ICE FROM BOARD |
RU2435136C1 (en) * | 2010-12-29 | 2011-11-27 | Сергей Борисович Курсин | Method of measuring thickness of block of ice and apparatus for measuring thickness of block of ice |
RU2444760C1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-10 | Василий Алексеевич Воронин | Method for removing lower surface of ice cover |
RU2449326C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of determining state of ice cover |
-
2012
- 2012-06-27 RU RU2012126901/28A patent/RU2500985C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1418614A (en) * | 1973-01-15 | 1975-12-24 | Raytheon Co | Scanning sonar system |
RU70983U1 (en) * | 2007-11-16 | 2008-02-20 | Государственное Учреждение "Арктический и антарктический научно-исследовательский институт" | DEVICE FOR MEASURING THICKNESS OF ICE FROM BOARD |
RU2449326C2 (en) * | 2010-02-24 | 2012-04-27 | Открытое акционерное общество "Газпром" | Method of determining state of ice cover |
RU2444760C1 (en) * | 2010-09-13 | 2012-03-10 | Василий Алексеевич Воронин | Method for removing lower surface of ice cover |
RU2435136C1 (en) * | 2010-12-29 | 2011-11-27 | Сергей Борисович Курсин | Method of measuring thickness of block of ice and apparatus for measuring thickness of block of ice |
Non-Patent Citations (2)
Title |
---|
RU 120766 U1, д.п. 06.04.2012. * |
Богородский А.В., Лебедев Г.А. Оценка отражающей способности подводных частей айсбергов в задачах дальней гидролокаци опасных ледяных образований. Проблема Арктики и Антарктики. №1 (87). Государственный научный центр российской Федерации "Арктический антарктический научно-исследовательский институт" Федеральной службы России по гидрометеорологии и мониторингу окружающей среды. 13.01.2011. УДК 551.46.083:534, с.74-80. * |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2712969C2 (en) * | 2014-12-16 | 2020-02-03 | Джапан Ойл, Гас Энд Металс Нэйшнл Корпорэйшн | Method for remote measurement of ice thickness, method for remote measurement of ice strength, device for remote measurement of ice thickness, device for remote measurement of ice strength and remote measuring module |
CN118314529A (en) * | 2024-06-07 | 2024-07-09 | 深圳金三立视频科技股份有限公司 | Wire icing detection method and device, electronic equipment and readable storage medium |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US7688251B2 (en) | Systems and methods for monitoring river flow parameters using a VHF/UHF radar station | |
KR100898617B1 (en) | Construction method for digital elevation model of area coexisting the ground and water through verification of tin data of lidar and mbes measure value | |
US20220404492A1 (en) | Multi-perspective ensonification system and method | |
RU2439614C2 (en) | Method of surveying bottom topography of water body and apparatus for realising said method | |
CN104569988A (en) | Echo sounding-based correction method for great sounding | |
RU2343502C2 (en) | Method and system of positional analysis of object under observation by depth in aqueous medium | |
RU2012153734A (en) | METHOD FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF AND DEVICE FOR SHOOTING AQUATORIA BOTTOM RELIEF | |
Xin et al. | A TOA/AOA underwater acoustic positioning system based on the equivalent sound speed | |
KR100898616B1 (en) | Construction method for digital elevation model of area coexisting the ground and water | |
Xu et al. | Refraction error correction of Airborne LiDAR Bathymetry data considering sea surface waves | |
Titchenko et al. | Measuring the variance of the vertical orbital velocity component by an acoustic wave gauge with a single transceiver antenna | |
NO334516B1 (en) | Procedure for Determining Average Sound Speed in an Amount of Water | |
RU2500985C1 (en) | Method for remote detection of subsidence, thickness and height of ice | |
Bouin et al. | A kinematic GPS methodology for sea surface mapping, Vanuatu | |
RU2461021C2 (en) | Apparatus for determining corrections to depth measured by echo sounder when mapping bottom topography of water body | |
Didier et al. | Real-time correction of sound refraction errors in bathymetric measurements using multiswath multibeam echosounder | |
JP7390366B2 (en) | Methods for determining depth or water depth profiles based on average sound velocity profiles, methods for determining such velocity profiles, and associated sonar systems | |
RU2623830C1 (en) | Method of remote determination of relief and sedimentation of underwater iceberg part | |
Byrnes et al. | Quantifying potential measurement errors and uncertainties associated with bathymetric change analysis | |
RU2635332C1 (en) | Method of determining state of ice cover | |
Makar | Method of determination of acoustic wave reflection points in geodesic bathymetric surveys | |
RU2681249C1 (en) | Water reservoirs bottom depth and relief changes prediction method | |
Makar | Verification of the Digital Sea Bottom Model Built by Bathymetric Data–Deep Water Study | |
CN102540257B (en) | Positioning method of earthquake signal receiving device | |
Shin et al. | A study on airborne LiDAR calibration and operation techniques for bathymetric survey |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20190628 |