RU2501037C1 - Radar method of determining parameters of large-scale wave on water surface - Google Patents
Radar method of determining parameters of large-scale wave on water surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2501037C1 RU2501037C1 RU2012119318/28A RU2012119318A RU2501037C1 RU 2501037 C1 RU2501037 C1 RU 2501037C1 RU 2012119318/28 A RU2012119318/28 A RU 2012119318/28A RU 2012119318 A RU2012119318 A RU 2012119318A RU 2501037 C1 RU2501037 C1 RU 2501037C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water surface
- scale
- height
- waves
- reflected
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02A—TECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
- Y02A90/00—Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
- Y02A90/10—Information and communication technologies [ICT] supporting adaptation to climate change, e.g. for weather forecasting or climate simulation
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к методам определения параметров волнения водной поверхности и может быть использовано в метеорологии и океанологии для мониторинга состояния приповерхностного слоя Мирового океана с высоким пространственным разрешением за счет вовлечения в систему мониторинга гражданской авиации, а также для обеспечения безопасности посадки гидросамолета на водную поверхность.The invention relates to methods for determining the parameters of waves of the water surface and can be used in meteorology and oceanology to monitor the state of the surface layer of the oceans with high spatial resolution by involving civil aviation in the monitoring system, as well as to ensure the safety of a seaplane landing on the water surface.
Специализированные самолеты активно используются для проведения дистанционного измерения параметров водной поверхности, и известно несколько способов измерения дисперсии наклонов и высоты крупномасштабного волнения (имеется в виду волнение крупномасштабное по сравнению с длиной волны зондирующего излучения радиоальтиметра - в рамках известной двухмасштабной модели рассеивающей поверхности). Однако по настоящее время не существует способа, который позволял бы одновременно и оперативно определять параметры крупномасштабного волнения водной поверхности, такие как высота и дисперсия наклонов волнения, средняя длина волнения, и делать это с помощью достаточно компактной аппаратуры, которую можно было бы разместить на борту любого неспециализированного самолета.Specialized aircraft are actively used for remote measurement of water surface parameters, and several methods are known for measuring the dispersion of slopes and the height of large-scale waves (meaning large-scale waves in comparison with the wavelength of the probe radiation of a radio altimeter - within the framework of the well-known two-scale model of a scattering surface). However, to date, there is no way that would simultaneously and quickly determine the parameters of large-scale waves of the water surface, such as the height and dispersion of the slopes of the waves, the average wavelength, and to do this using sufficiently compact equipment that could be placed on board any non-specialized aircraft.
Известны способы измерения высоты волнения, в которых используют КВ-диапазон (Зубкович С.Г., Способ измерения высоты морских волн с летательного аппарата, Авт. Свид. СССР №169808. - Бюллетень изобретений, 1965, №7; Гарнакерьян А.А., Сосунов А.С. Связь фазовых флюктуаций радиосигналов, отраженных от морской поверхности, с высотой морских волн, Труды Всесоюзного семинара по неконтактным методам измерения океанографических параметров, 1975; Гарнакерьян А.А., Сосунов А.С. Обратное рассеяние радиоволн коротковолнового диапазона от морской поверхности, Радиотехника и электроника, 1976, №11; Гарнакерьян А.А., Сосунов А.С. Измерение параметров морского волнения радиотехническим методом с летательного аппарата, Метеорология и гидрология, 1973, №12). Обработка данных подтвердила работоспособность предложенных методов, однако использование KB-диапазона приводит к большому размеру антенной системы, а значит, требует использования специализированного исследовательского самолета для размещения необходимого оборудования.Known methods of measuring the height of waves, which use the HF range (Zubkovich S.G., Method for measuring the height of sea waves from an aircraft, Auth. St. USSR No. 169808. - Bulletin of inventions, 1965, No. 7; Garnakeryan A.A. , Sosunov AS Relationship between phase fluctuations of radio signals reflected from the sea surface and the height of sea waves, Proceedings of the All-Union Seminar on Non-Contact Methods of Measuring Oceanographic Parameters, 1975; Garnakeryan AA, Sosunov AS Backscattering of short-wave radio waves from sea surface, P diotehnika Electronics 1976, №11; Garnakeryan AA, AS Sosunov measurement parameters sea wave radio communications method with an aircraft Meteorol 1973, №12). Data processing confirmed the efficiency of the proposed methods, however, the use of the KB-range leads to a large antenna system, which means that it requires the use of a specialized research aircraft to accommodate the necessary equipment.
Несколько методов восстановления дисперсии наклонов волнения приведены в известных работах (Гарнакерьян А.А., А.С.Сосунов. Радиолокация морской поверхности, Издательство ростовского университета, 1978, 144 с.; Hauser D., G.Caudal, S.Guimbard, A.Mouche, A study of the slope propability density function of the ocean waves from radar observations. Journal of Geophysical Research, 2008, v.113, C02006). Измерения проводят в СВЧ-диапазоне, что делает антенную систему значительно компактнее. Используют зависимость сечения обратного рассеяния от угла падения. Алгоритмы подтвердили свою работоспособность в ходе летных экспериментов и позволили измерить дисперсию наклонов крупномасштабного волнения. Однако высота волнения при этом не восстанавливалась.Several methods for reconstructing the dispersion of wave tilts are given in well-known works (Garnakeryan A.A., A.S. Sosunov. Sea surface radar, Rostov University Press, 1978, 144 pp .; Hauser D., G. Caudal, S. Guimbard, A .Mouche, A study of the slope propability density function of the ocean waves from radar observations. Journal of Geophysical Research, 2008, v. 113, C02006). The measurements are carried out in the microwave range, which makes the antenna system much more compact. The backscattering cross section is used as a function of the angle of incidence. The algorithms confirmed their efficiency during flight experiments and made it possible to measure the variance of the slopes of large-scale waves. However, the height of the excitement was not restored.
Известен также способ измерений, когда за счет применения сканирующего радиоальтиметра (сектор сканирования ±22°) с узкой диаграммой направленности антенны (ширина диаграммы направленности антенны на уровне 0,5 по мощности - 1°) удалось измерить зависимость сечения обратного рассеяния от угла полета, для небольшой высоты полета (~250 м) удалось разрешать участки крупных волн в элементе разрешения радиоальтиметра и, таким образом, измерить спектр высот. Проинтегрировав спектр, можно определить высоту крупномасштабного волнения (Walsh E., Banner M., J.Chumside, J.Shaw, D.Vandemark, C.Wright, J.Jensen, S.Lee, 2005, Visual demonstration of three-scale sea surface roughness under light wind conditions, IEEE Transactions Geoscience on Remote Sensing, 43, 1751-1762; Walsh, E.J., D.C.Vandemark, C.A.Friehe, S.P.Burns, D.Khelif, R.N.Swift, and J.F.Scott (1998), Measuring sea surface mean square slope with a 36-GHz scanning radar altimeter, J.Geophys. Res., 103 (C6), 12,587-12,601, doi: 10.1029/97JC02443). Были измерены высота крупномасштабного волнения и дисперсия наклонов, однако описанный способ работал только на малых высотах, при увеличении высоты полета информация о высоте волнения терялась, т.к. использовалась узкая диаграмма направленности антенны.There is also a known measurement method, when due to the use of a scanning radio altimeter (scanning sector ± 22 °) with a narrow antenna pattern (antenna radiation pattern width at a power level of 0.5 ° - 1 °), it was possible to measure the dependence of the backscattering cross section on the flight angle, for small flight altitude (~ 250 m) it was possible to resolve sections of large waves in the resolution element of the radio altimeter and, thus, measure the height spectrum. By integrating the spectrum, one can determine the height of large-scale waves (Walsh E., Banner M., J. Chumside, J. Shaw, D. Vandemark, C. Wright, J. Jensen, S. Lee, 2005, Visual demonstration of three-scale sea surface roughness under light wind conditions, IEEE Transactions Geoscience on Remote Sensing, 43, 1751-1762; Walsh, EJ, DCVandemark, CAFriehe, SPBurns, D. Khelif, RNSwift, and JFScott (1998), Measuring sea surface mean square slope with a 36-GHz scanning radar altimeter, J. Geophys. Res., 103 (C6), 12,587-12,601, doi: 10.1029 / 97JC02443). The height of large-scale waves and the variance of the slopes were measured, however, the described method worked only at low altitudes, with increasing flight altitude, information about the height of the waves was lost, because a narrow antenna pattern was used.
Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому способу является способ, по которому осуществляют свою работу спутниковые радиоальтиметры, функционирующие в импульсном режиме, предназначенные для измерения уровня Мирового океана и обеспечивающие сопутствующее измерение высоты крупномасштабного волнения: излучают короткий импульс вертикально вниз по направлению к водной поверхности, принимают отраженный от водной поверхности импульс, регистрируют его форму и определяют по наклону переднего фронта отраженного импульса высоту волнения водной поверхности. Обычный радиоальтиметр имеет узкую диаграмму направленности антенны.Closest to the technical nature of the proposed method is the method by which satellite radio altimeters operating in a pulsed mode designed to measure sea level and provide concomitant measurement of the height of large-scale waves: emit a short pulse vertically downward towards the water surface, take the pulse reflected from the water surface, its shape is recorded and determined by the slope of the leading edge of the reflected pulse, you OTU agitation of the water surface. A conventional radio altimeter has a narrow antenna pattern.
Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка радиолокационного способа оперативного определения параметров крупномасштабного волнения водной поверхности, таких как высота волнения, дисперсия наклонов волнения и средняя длина поверхностной волны, с помощью достаточно информативного, но компактного оборудования, которое можно установить на борту самолета.The problem to which the present invention is directed is the development of a radar method for the rapid determination of parameters of large-scale waves of the water surface, such as wave height, dispersion of wave tilt and average surface wavelength, using fairly informative but compact equipment that can be installed on board an aircraft .
Технический результат в разработанном способе достигается тем, что, как и в способе прототипе, излучают зондирующие импульсы вертикально вниз по направлению к водной поверхности (в надир), принимают отраженные от водной поверхности зондирующие импульсы, регистрируют их форму и определяют по наклону переднего фронта отраженного импульса высоту крупномасштабного волнения водной поверхности.The technical result in the developed method is achieved by the fact that, as in the prototype method, probe pulses are emitted vertically downward towards the water surface (in nadir), probe pulses reflected from the water surface are recorded, their shape is recorded and determined by the slope of the leading edge of the reflected pulse the height of the large-scale disturbance of the water surface.
Новым в разработанном способе является то, что для измерений используют размещенный на самолете компактный спутниковый радиоальтиметр с ножевой диаграммой направленности антенны, ориентированной вдоль направления полета, и по наклону заднего фронта отраженного импульса с учетом высоты полета и ширины диаграммы направленности антенны определяют дисперсию наклонов крупномасштабного волнения вдоль направления полета, а также определяют среднюю длину поверхностной волны вдоль направления полета, используя измеренные дисперсию наклонов и высоту крупномасштабного волнения водной поверхности.New in the developed method is that for measurements, a compact satellite radio altimeter placed on an airplane with a knife antenna radiation pattern oriented along the flight direction is used for measurements, and the dispersion of large-scale wave excitations along the tilt of the trailing edge of the reflected pulse taking into account the flight height and antenna radiation pattern flight directions, and also determine the average surface wavelength along the flight direction using the measured inclination variance s height and a large-scale disturbance of the water surface.
Способ поясняется следующими чертежами.The method is illustrated by the following drawings.
На фиг.1 представлена классическая схема измерения с помощью спутникового радиоальтиметра.Figure 1 presents the classical measurement scheme using a satellite radio altimeter.
На фиг.2 показан процесс формирования отраженного импульса.Figure 2 shows the process of forming a reflected pulse.
На фиг 3 проиллюстрирован пример трансформации формы отраженного импульса в зависимости от высоты крупномасштабного волнения: приведена зависимость формы отраженного импульса от времени для четырех значений высоты крупномасштабного волнения: 1 м, 2 м, 4 м и 8 м, для высоты полета H0=800 км.Figure 3 illustrates an example of transformation of the shape of the reflected pulse depending on the height of large-scale waves: the dependence of the shape of the reflected pulse on time for four values of the height of large-scale waves: 1 m, 2 m, 4 m and 8 m, for the flight height H 0 = 800 km .
На фиг.4 приведен результат численного моделирования формы отраженного импульса в случаях использования для измерений с самолета радиоальтиметров с узкой (а) и широкой (б) диаграммами направленности антенны: τu=6 нс, H0=10 км,
На фиг.5 представлена зависимость формы отраженного импульса от дисперсии наклонов для случая использования радиоальтиметра с широкой диаграммой направленности антенны для следующих параметров: τu=6 нс, H0=10 км, высота крупномасштабного волнения 2 м, δ=28° и
В настоящее время высоту крупномасштабного волнения измеряют космическими радиоальтиметрами с узкой симметричной диаграммой направленности антенны при надирном зондировании водной поверхности, например, JASON, ENVISAT. Известная теоретическая модель описывает форму отраженного импульса для таких радиолокаторов (см., например. Brown G.S. The average impulse response of a rough surface and its application // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1977. V.25. N 1. pp.67-73; Chelton D.B., Walsh E.J., MacArthur J.L. Pulse compression and sea level tracking in satellite altimetry // Journal of Atmospheric and Oceanic Technology. 1989. V.6. pp.407-438; Зубкович С. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности, М., Сов. радио, 1968, 224 с.).At present, the height of large-scale waves is measured by space radio altimeters with a narrow symmetric antenna pattern during nadir sounding of the water surface, for example, JASON, ENVISAT. A well-known theoretical model describes the shape of the reflected pulse for such radars (see, for example, Brown GS The average impulse response of a rough surface and its application // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1977. V.25.
С помощью разработанного алгоритма восстанавливают высоту крупномасштабного волнения по переднему фронту отраженного импульса. Сравнение с данными контактных измерений показывает хорошую точность алгоритма - ошибка измерения высоты крупномасштабного волнения не превосходит 10% или 0,5 м (что больше) (Lee-Lueng Fu, Anny Cazenave, Satellite altimetry and earth sciences. A handbook of techniques and applications, 2001, Academic Press, San Diego, USA, 464 p.).Using the developed algorithm, the height of large-scale waves is restored from the leading edge of the reflected pulse. Comparison with the data of contact measurements shows good accuracy of the algorithm - the error in measuring the height of large-scale waves does not exceed 10% or 0.5 m (which is more) (Lee-Lueng Fu, Anny Cazenave, Satellite altimetry and earth sciences. A handbook of techniques and applications, 2001, Academic Press, San Diego, USA, 464 p.).
Схема измерения показана на Фиг.1 (Лебедев С.А. Основы спутниковой альтиметрии // Выездной семинар-школа. «Состояние и перспективы мониторинга Мирового океана и морей России по данным дистанционного зондирования и результатам математического моделирования», Таруса, 9-12 июля 2010 г.): короткий импульс излучают вертикально вниз по направлению к водной поверхности. Часть излученной энергии отражается обратно и попадает в приемную антенну, где записывают форму отраженного импульса.The measurement scheme is shown in Fig. 1 (Lebedev S.A. Basics of satellite altimetry // Field seminar-school. “State and prospects of monitoring the World Ocean and the Seas of Russia according to remote sensing data and the results of mathematical modeling”, Tarusa, July 9-12, 2010 d): a short pulse is emitted vertically downward towards the water surface. Part of the radiated energy is reflected back and enters the receiving antenna, where the shape of the reflected pulse is recorded.
Процесс формирования отраженного импульса показан на Фиг.2. С увеличением времени задержки происходит увеличение площади освещенной (отражающей) поверхности и мощность принятого сигнала, пропорциональная этой площади, тоже растет.The process of forming a reflected pulse is shown in Fig.2. With an increase in the delay time, an increase in the area of the illuminated (reflecting) surface occurs and the power of the received signal proportional to this area also grows.
После достижения задним фронтом падающего импульса отражающей поверхности площадь освещенной площадки достигает максимальной величины и в дальнейшем перестает меняться, т.к. площадь отражающего кольца (освещенной поверхности) во времени сохраняется. При использовании приемной антенны с узкой диаграммой направленности происходит ослабление мощности принимаемого сигнала при увеличении времени задержки, поэтому в существующих радиоальтиметрах после достижения максимума наблюдается спад на заднем фронте отраженного импульса, обусловленный влиянием диаграммы направленности антенны.After the falling edge reaches the incident pulse of the reflecting surface, the area of the illuminated area reaches its maximum value and then ceases to change, because the area of the reflecting ring (illuminated surface) is preserved over time. When using a receiving antenna with a narrow radiation pattern, the power of the received signal is weakened with an increase in the delay time, therefore, in existing radio altimeters, after reaching a maximum, a decline is observed at the trailing edge of the reflected pulse due to the influence of the antenna radiation pattern.
Как известно, при малых углах падения обратное рассеяние является квазизеркальным и происходит на участках крупномасштабного профиля, ориентированных перпендикулярно падающему излучению. Для описания отражения электромагнитных волн СВЧ-диапазона водной поверхностью вводится понятие двухмасштабной модели поверхности, в соответствии с которой спектр волнения делится на крупномасштабную и мелкомасштабную составляющие относительно длины волны радиолокатора (Басе Ф., Фукс И. Рассеяние волн на статистически шероховатой поверхности, М., Наука, 1972, 424 с.).As is known, at small angles of incidence, backscattering is quasi-mirror and occurs in regions of a large-scale profile oriented perpendicular to the incident radiation. To describe the reflection of microwave electromagnetic waves by a water surface, the concept of a two-scale surface model is introduced, according to which the wave spectrum is divided into large-scale and small-scale components with respect to the radar wavelength (Base F., Fuchs I. Wave scattering on a statistically rough surface, M., Science, 1972, 424 pp.).
В общем случае зависимость мощности отраженного сигнала от времени дается следующим выражением (Зубкович С.Г. Способ измерения высоты морских волн с летательного аппарата. Авт. Свид. СССР №169808. - Бюллетень изобретений, 1965, №7):In the General case, the dependence of the power of the reflected signal on time is given by the following expression (Zubkovich SG Method of measuring the height of sea waves from an aircraft. Auth. Certificate. USSR No. 169808. - Bulletin of inventions, 1965, No. 7):
где
Из формулы (1) видно, что мощность отраженного сигнала зависит от дисперсии наклонов крупномасштабного волнения и диаграммы направленности антенны. Для симметричной гауссовой диаграммы направленности антенны (δx=δy=δ) и изотропного волнения водной поверхности
Передний фронт отраженного импульса формируется с момента t равного t0 до t0+τ:The leading edge of the reflected pulse is formed from the moment t equal to t 0 to t 0 + τ:
где c - скорость света и t0=2H0/с.where c is the speed of light and t 0 = 2H 0 / s.
Задний фронт формируется при t больше t0+τu:The trailing edge is formed when t is greater than t 0 + τ u :
где коэффициент A0 вводится для согласования формул (2) и (3).where the coefficient A 0 is introduced to reconcile formulas (2) and (3).
Эти формулы корректны для плоской (ровной) рассеивающей поверхности. Если рассматриваем взволнованную водную поверхность, то поверхность не является плоской и для нахождения формы отраженного импульса необходимо провести усреднение формул (2) и (3), используя гауссову функцию распределения высот волнения p(ς):These formulas are correct for a flat (even) scattering surface. If we consider an excited water surface, then the surface is not flat, and to find the shape of the reflected pulse, it is necessary to average formulas (2) and (3) using the Gaussian distribution function of wave heights p (ς):
где
В результате форма отраженного импульса вычисляется следующим образом:As a result, the shape of the reflected pulse is calculated as follows:
В отраженном импульсе для плоской поверхности, измеренном радиоальтиметром, выделяют передний фронт длительностью τu, когда происходит увеличение амплитуды принимаемого сигнала, и задний фронт, на котором происходит спад при учете в модели формы импульса диаграммы направленности антенны. При использовании приемной антенны с узкой диаграммой направленности происходит ослабление мощности принимаемого сигнала при увеличении угла падения, поэтому после достижения максимума наблюдается спад на заднем фронте отраженного импульса.In a reflected pulse for a flat surface measured by a radio altimeter, a leading edge of duration τ u is distinguished when the amplitude of the received signal increases, and a trailing edge is observed at which the decay occurs when the antenna radiation pattern is taken into account in the pulse model. When using a receiving antenna with a narrow radiation pattern, the power of the received signal decreases with an increase in the angle of incidence, therefore, after reaching a maximum, a decline is observed at the trailing edge of the reflected pulse.
На Фиг.2 приведена форма импульса при отражении от плоской поверхности. При наличии волнения форма импульса искажается, в частности, передний фронт становится длиннее, т.к. первый отраженный сигнал приходит при достижении передним фронтом зондирующего импульса гребней волн, а завершается при достижении задним фронтом падающего импульса впадин.Figure 2 shows the shape of the pulse when reflected from a flat surface. In the presence of excitement, the shape of the pulse is distorted, in particular, the leading edge becomes longer, because the first reflected signal arrives when the leading edge reaches the probe pulse of the wave crests, and ends when the falling edge reaches the incident pulse of the troughs.
Пример трансформации формы отраженного импульса в зависимости от высоты крупномасштабного волнения показан на Фиг.3.An example of the transformation of the shape of the reflected pulse depending on the height of large-scale waves is shown in Fig.3.
Наблюдаемая трансформация переднего фронта отраженного импульса открывает возможность измерения высоты крупномасштабного волнения. В стандартном алгоритме восстановления высоты крупномасштабного волнения входным параметром является тангенс угла наклона переднего фронта отраженного импульса в средней точке (Lee-Lueng Fu, Army Cazenave, Satellite altimetry and earth sciences. A handbook of techniques and applications, 2001, Academic Press, San Diego, USA, 464 p.).The observed transformation of the leading edge of the reflected pulse opens up the possibility of measuring the height of large-scale waves. In the standard algorithm for reconstructing the height of large-scale waves, the input parameter is the slope of the leading edge of the reflected pulse at the midpoint (Lee-Lueng Fu, Army Cazenave, Satellite altimetry and earth sciences. A handbook of techniques and applications, 2001, Academic Press, San Diego, USA, 464 p.).
При переносе спутникового радиоальтиметра с узкой диаграммой направленности антенны на самолет форма импульса сильно трансформируется (см. Фиг.4,а) и восстановить высоту крупномасштабного волнения становится невозможно.When transferring a satellite radio altimeter with a narrow antenna pattern to an aircraft, the pulse shape is strongly transformed (see Figure 4, a) and it becomes impossible to restore the height of large-scale waves.
Ситуация исправляется, если использовать широкую или ножевую диаграмму направленности антенны для радиоальтиметра, что видно из Фиг.4,б.The situation is corrected if you use a wide or knife antenna radiation pattern for the radio altimeter, as can be seen from Figure 4, b.
В случае с широкой диаграммой направленности антенны спадание заднего фронта отраженного импульса объясняется в первую очередь влиянием наклонов крупномасштабного волнения, а не диаграммы направленности антенны. Это видно из Фиг.5, иллюстрирующей зависимость формы отраженного импульса от дисперсии наклонов.In the case of a wide antenna pattern, the decay of the trailing edge of the reflected pulse is explained primarily by the influence of the slopes of the large-scale waves, and not the antenna pattern. This can be seen from Figure 5, illustrating the dependence of the shape of the reflected pulse on the variance of the slopes.
Таким образом из рисунков видно, что влияние высоты и дисперсии наклонов крупномасштабного волнения водной поверхности на форму отраженного импульса зависит от высоты полета и ширины диаграммы направленности антенны.Thus, it can be seen from the figures that the influence of the height and dispersion of the slopes of large-scale waves of the water surface on the shape of the reflected pulse depends on the flight altitude and the antenna radiation pattern width.
Использование антенны с симметричной диаграммой направленности антенны ведет к потере азимутальных характеристик волнения водной поверхности. Для сохранения этой информации необходимо использовать радиоальтиметр с ножевой диаграммой направленности антенны, т.е. δx>>δy.Using an antenna with a symmetrical antenna pattern leads to the loss of azimuthal characteristics of the waves of the water surface. To save this information, it is necessary to use a radio altimeter with a knife antenna radiation pattern, i.e. δ x >> δ y .
В результате окончательные формулы для формы отраженного импульса имеют следующий вид:As a result, the final formulas for the shape of the reflected pulse are as follows:
В этом случае форма отраженного импульса содержит информацию о дисперсии наклонов волнения
В результате, измерив независимыми способами дисперсию наклонов и высоту HS крупномасштабного волнения, можно определить среднюю длину волны:As a result, by independently measuring the dispersion of the slopes and the height H S of large-scale waves, we can determine the average wavelength:
Разработанный радиолокационный способ определения параметров крупномасштабного волнения водной поверхности осуществляют следующим образом.The developed radar method for determining the parameters of large-scale waves of the water surface is as follows.
С помощью радиоальтиметра с ножевой диаграммой направленности антенны, ориентированной вдоль направления полета, излучают зондирующие импульсы вертикально вниз по направлению к водной поверхности (в надир), принимают отраженные от водной поверхности зондирующие импульсы, регистрируют их форму и определяют по наклону переднего фронта отраженного импульса высоту крупномасштабного волнения водной поверхности, по наклону заднего фронта отраженного импульса с учетом высоты полета и ширины диаграммы направленности антенны определяют дисперсию наклонов крупномасштабного волнения вдоль направления полета, а также определяют среднюю длину поверхностной волны вдоль направления полета, используя измеренные дисперсию наклонов и высоту крупномасштабного волнения.Using a radio altimeter with a knife antenna pattern oriented along the flight direction, probe pulses are emitted vertically downward towards the water surface (in nadir), probe pulses reflected from the water surface are recorded, their shape is recorded and the large-scale height is determined from the slope of the reflected front of the reflected pulse waves of the water surface, according to the slope of the trailing edge of the reflected pulse, taking into account the flight altitude and the antenna radiation pattern width, the variance of the slopes of the large-scale wave along the flight direction, and also determine the average length of the surface wave along the flight direction, using the measured dispersion of the slopes and the height of the large-scale wave.
Таким образом, предлагаемый радиолокационный способ обеспечивает возможность оперативного определения параметров крупномасштабного волнения водной поверхности, таких как высота крупномасштабного волнения, дисперсия наклонов волнения и средняя длина поверхностной волны, с самолета.Thus, the proposed radar method provides the ability to quickly determine the parameters of large-scale waves of the water surface, such as the height of large-scale waves, the dispersion of the slopes of the waves and the average surface wavelength from an airplane.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012119318/28A RU2501037C1 (en) | 2012-05-11 | 2012-05-11 | Radar method of determining parameters of large-scale wave on water surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2012119318/28A RU2501037C1 (en) | 2012-05-11 | 2012-05-11 | Radar method of determining parameters of large-scale wave on water surface |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2012119318A RU2012119318A (en) | 2013-11-20 |
RU2501037C1 true RU2501037C1 (en) | 2013-12-10 |
Family
ID=49555002
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2012119318/28A RU2501037C1 (en) | 2012-05-11 | 2012-05-11 | Radar method of determining parameters of large-scale wave on water surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2501037C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562924C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) | Method of measuring characteristics of water surface disturbance |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN115649499B (en) * | 2022-11-28 | 2023-06-20 | 山东省地质矿产勘查开发局八〇一水文地质工程地质大队(山东省地矿工程勘察院) | Irregular area measuring device for geothermal hot spring |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU726422A1 (en) * | 1977-11-21 | 1980-04-05 | Таганрогский Машиностроительный Завод | Device for measuring parameters of sea waves |
DE3744391A1 (en) * | 1987-12-29 | 1989-07-13 | Ki Polt I | DEVICE FOR DETECTING THE INHOMOGENITY OF WATER SURFACES |
RU2137153C1 (en) * | 1996-01-16 | 1999-09-10 | Войсковая часть 62728 | Device measuring parameters of seas |
US6081221A (en) * | 1998-08-27 | 2000-06-27 | Zrnic; Dusan S. | Signal processing and systematic phase coding for mitigation of range and velocity ambiguities in Doppler weather radars |
RU2235344C2 (en) * | 2002-06-03 | 2004-08-27 | Институт прикладной физики РАН | Radiolocation method for determining parameters of condition of surface-adjacent ocean layer from a satellite |
RU2261458C2 (en) * | 2003-07-21 | 2005-09-27 | Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Method for registration of surface manifestations of intervals waves generated by moving underwater object |
RU2384861C1 (en) * | 2008-06-30 | 2010-03-20 | Юрий Владимирович Румянцев | Disturbance parametre measurement device |
-
2012
- 2012-05-11 RU RU2012119318/28A patent/RU2501037C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU726422A1 (en) * | 1977-11-21 | 1980-04-05 | Таганрогский Машиностроительный Завод | Device for measuring parameters of sea waves |
DE3744391A1 (en) * | 1987-12-29 | 1989-07-13 | Ki Polt I | DEVICE FOR DETECTING THE INHOMOGENITY OF WATER SURFACES |
RU2137153C1 (en) * | 1996-01-16 | 1999-09-10 | Войсковая часть 62728 | Device measuring parameters of seas |
US6081221A (en) * | 1998-08-27 | 2000-06-27 | Zrnic; Dusan S. | Signal processing and systematic phase coding for mitigation of range and velocity ambiguities in Doppler weather radars |
RU2235344C2 (en) * | 2002-06-03 | 2004-08-27 | Институт прикладной физики РАН | Radiolocation method for determining parameters of condition of surface-adjacent ocean layer from a satellite |
RU2261458C2 (en) * | 2003-07-21 | 2005-09-27 | Институт океанологии им. П.П. Ширшова Российской академии наук | Method for registration of surface manifestations of intervals waves generated by moving underwater object |
RU2384861C1 (en) * | 2008-06-30 | 2010-03-20 | Юрий Владимирович Румянцев | Disturbance parametre measurement device |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Караев В.Ю., Мешков Е.М. Оценка влияния сферичности Земли на форму отраженного радиолокационного импульса для ножевой диаграммы направленности антенны при надирном зондировании морской поверхности. Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сборник научных статей. 2012, т.9, №1, с.240-246. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2562924C1 (en) * | 2014-06-03 | 2015-09-10 | Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт прикладной физики Российской академии наук (ИПФ РАН) | Method of measuring characteristics of water surface disturbance |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2012119318A (en) | 2013-11-20 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Rivas et al. | Bistatic scattering of GPS signals off Arctic sea ice | |
Sheiko | Study of the method for assessing atmospheric turbulence by the envelope of sodar signals | |
Zhang et al. | Wind direction retrieval using spaceborne GNSS-R in nonspecular geometry | |
RU2466425C1 (en) | Method of measuring characteristics of wavy water surface | |
CN114720426B (en) | Oil spill detection method for satellite-borne GNSS reflected signals | |
RU2501037C1 (en) | Radar method of determining parameters of large-scale wave on water surface | |
Majurec et al. | Comparison of model predictions with measurements of Ku-and Ka-band near-nadir normalized radar cross sections of the sea surface from the genesis and rapid intensification processes experiment | |
Nekrasov et al. | Airborne weather radar concept for measuring water surface backscattering signature and sea wind at circular flight | |
Jing et al. | Retrieval of sea surface winds under hurricane conditions from GNSS-R observations | |
RU2562060C1 (en) | Method of external radar detection of trajectory flight instabilities of aircraft using structure of its pulse response characteristic | |
Bringer et al. | Peakedness effects in near-nadir radar observations of the sea surface | |
Guenther et al. | Laser applications for near-shore nautical charting | |
Panfilova et al. | Retrieving of significant wave height and period from the Doppler spectrum of backscattered microwave signal | |
Das et al. | Characteristics of atmospheric turbulence in terms of background atmospheric parameters inferred using MST radar at Gadanki (13.5 N, 79.2 E) | |
Yueh et al. | Dual-polarized Ku-band backscatter signatures of hurricane ocean winds | |
Zavorotny et al. | GNSS-R modeling results obtained with improved bistatic radar equation | |
Karaev et al. | The concept of a microwave radar with an asymmetric knifelike beam for the remote sensing of ocean waves | |
Hirobe et al. | Observation of sea surface height using airborne radar altimetry: a new approach for large offshore tsunami detection | |
Nekrasov | Foundations for innovative application of airborne radars: Measuring the water surface backscattering signature and wind | |
Ghavidel et al. | A numerical simulator to evaluate the electromagnetic bias in GNSS-R altimetry | |
Beltramonte et al. | Space-time statistics for the number of specular points in sea surface GNSS reflectometry | |
Baskakov et al. | Methodical Errors of a High-Precision Airborne Radio Altimeter Operating at Low Altitudes Above the Sea Surface | |
Millet et al. | Physical optics-based electromagnetic bias theory with surface height-slope cross-correlation and hydrodynamic modulation | |
Karaev et al. | Remote sensing of the sea waves by the dual-frequency precipitation radar: First results | |
Meloche et al. | Altimetric Ku-band Radar Observations of Snow on Sea Ice Simulated with SMRT |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20200512 |