RU2523102C2 - Устройство для измерения параметров морских волн - Google Patents

Устройство для измерения параметров морских волн Download PDF

Info

Publication number
RU2523102C2
RU2523102C2 RU2012134423/28A RU2012134423A RU2523102C2 RU 2523102 C2 RU2523102 C2 RU 2523102C2 RU 2012134423/28 A RU2012134423/28 A RU 2012134423/28A RU 2012134423 A RU2012134423 A RU 2012134423A RU 2523102 C2 RU2523102 C2 RU 2523102C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
input
transceiver
gadget
output
computer
Prior art date
Application number
RU2012134423/28A
Other languages
English (en)
Other versions
RU2012134423A (ru
Inventor
Александр Иванович Сухинов
Олег Анатольевич Савицкий
Игорь Георгиевич Дорух
Евгений Сергеевич Огурцов
Сергей Федорович Огурцов
Александр Евгеньевич Чистяков
Анна Сергеевна Огурцова
Олег Викторович Лях
Владислав Сергеевич Васильев
Original Assignee
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ" filed Critical Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования "ЮЖНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ"
Priority to RU2012134423/28A priority Critical patent/RU2523102C2/ru
Publication of RU2012134423A publication Critical patent/RU2012134423A/ru
Application granted granted Critical
Publication of RU2523102C2 publication Critical patent/RU2523102C2/ru

Links

Classifications

    • YGENERAL 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
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02ATECHNOLOGIES FOR ADAPTATION TO CLIMATE CHANGE
    • Y02A90/00Technologies having an indirect contribution to adaptation to climate change
    • Y02A90/10Information 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

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метеорологии, навигации, океанографических исследованиях, мореходных испытаниях судов и гидросамолетов для оценки силы волнения морских волн, в автоматизированных системах посадки самолетов-амфибий на водную поверхность в ночное и дневное время. Устройство содержит последовательно включенные антенну 1, приемопередатчик 2, усилитель 3 доплеровского сигнала, аналого-цифровой преобразователь 4 и вычислитель 5, второй вход которого соединен с входом 6 устройства, а первый выход - с управляющим входом приемопередатчика. Кроме того, устройство оснащено индикатором (дисплеем) 7, вход которого соединен со вторым выходом вычислителя 5. Технический результат: сокращение аппаратурной части, упрощение, повышение надежности, повышение быстродействия и точности расчета. 1 ил.

Description

Предлагаемое изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано в метеорологии, навигации, океанографических исследованиях, мореходных испытаниях судов и гидросамолетов для оценки силы волнения морских волн, в автоматизированных системах посадки самолетов-амфибий на водную поверхность в ночное и дневное время.
Известны устройства для определения параметров морских волн, защищенные патентами РФ №416563, кл. G01C 13/00, 1971 г., №349683, кл. G01C 13/00, 1974 г., содержащие приемник гидростатического давления с электропреобразователем, нуль-орган, схему сравнения, генератор времени, усредняющий фильтр и индикатор.
Работа этих устройств основана на контактном преобразовании давления морских волн в электрический сигнал и дальнейшем измерении параметров этого сигнала.
Признаками, общими с признаками заявляемого устройства, у этих устройств являются усредняющий фильтр и индикатор.
Причиной, препятствующей достижению в этих устройствах технического результата, обеспечиваемого изобретением, является довольно узкая область применения, обусловленная необходимостью контактного преобразования давления морских волн в электрический сигнал.
Известно также устройство для измерения параметров морских волн, защищенное патентом РФ №726422, кл. G01C 13/00, 1977 г., содержащее приемопередатчик с антенной, нуль-орган, схему сравнения, генератор времени, усредняющий фильтр и индикатор.
В этом устройстве контактное преобразование морских волн заменено бесконтактным с помощью приемопередатчика.
Признаками этого аналога, общими с признаками заявляемого устройства, являются приемопередатчик с антенной, усредняющий фильтр и индикатор.
Причинами, препятствующими достижению в этом аналоге технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются ограниченность области измеряемых параметров и относительно низкая точность их измерения. Следует отметить, что эти недостатки присущи и устройствам, защищенным патентами РФ №№416563 и 549683.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому (прототипом) является устройство для измерения параметров морских волн, защищенное патентом РФ №2036429, кл. G01C 13/00, 1990 г. Оно содержит приемопередатчик с антенной, усилитель доплеровского сигнала, индикатор и автокоррелятор, включающий в себя смеситель, линию задержки с отводами, коммутатор, усредняющий фильтр, компаратор, генератор импульсов, счетчик импульсов, дешифратор и управляющий ключ.
Признаками, общими с признаками заявляемого устройства, у устройства-прототипа являются приемопередатчик с антенной, усилитель доплеровского сигнала и индикатор.
Работа прототипа основана на облучении морской поверхности радиоимпульсами с постоянными параметрами, выделении из радиолокационного (отраженного от морской поверхности) сигнала доплеровской составляющей, обусловленной скоростью перемещения морских волн, определении автокорреляционной функции этой составляющей и измерении времени спадания этой функции от максимального значения до нуля. Это время характеризует степень волнения моря и в принципе может быть пересчитано в баллы по шкале Бофорта. Время спадания автокорреляционной функции от максимального значения до нуля отображается на индикаторе.
Причинами, препятствующими достижению в устройстве-прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются относительно низкие точность, быстродействие и надежность прототипа. Это обусловлено тем, что автокоррелятор выполнен аналоговым и содержит достаточно большое число элементов, что делает его сложным, а следовательно, и отрицательно сказывается на его надежности. Само по себе аналоговое выполнение автокоррелятора не позволяет реализовать высокую точность расчета корреляционной функции, а наличие аналогового блока, выполняющего функцию усредняющего фильтра, требует на реализацию этой функции значительных затрат времени.
Еще одной причиной, препятствующей достижению в прототипе технического результата, обеспечиваемого изобретением, являются достаточно ограниченные функциональные возможности прототипа. Он позволяет определить лишь автокорреляционную функцию доплеровской составляющей отраженного от морской поверхности сигнала и время спадания этой функции от максимума до нулевого уровня. Это время собственно и является результатом измерения и отражается на индикаторе. Оно недостаточно полно характеризует морское волнение. Для более полной характеристики волнения морской поверхности желательно иметь полную автокорреляционную функцию доплеровской составляющей отраженного от морской поверхности сигнала, а также ее спектр и закон распределения. Получить эти характеристики устройство-прототип не позволяет.
Технической задачей, на решение которой направлено изобретение, является упрощение и расширение функциональных возможностей устройства, а также повышение его быстродействия, точности и надежности.
Для достижения указанного технического результата в известное устройство для измерения параметров морских волн, содержащее приемопередатчик с антенной, усилитель доплеровского сигнала, вход которого соединен с выходом приемопередатчика, и индикатор, введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом усилителя доплеровского сигнала, и вычислитель, второй вход которого является входом устройства, первый выход соединен с управляющим входом приемопередатчика, а второй выход - со входом индикатора.
Отсутствуют какие-либо источники информации, в которых вновь введенные элементы были бы описаны в совокупности с остальными элементами заявляемого устройства. Поэтому предлагаемое устройство следует считать новым и имеющим изобретательский уровень.
Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором приведена структурная схема заявляемого устройства.
Устройство содержит последовательно включенную антенну 1, приемопередатчик 2, усилитель 3 доплеровского сигнала, аналого-цифровой преобразователь 4 и вычислитель 5, второй вход которого соединен со входом 6 устройства, а первый выход - с управляющим входом приемопередатчика. Кроме того, устройство оснащено индикатором (дисплеем) 7, вход которого соединен со вторым выходом вычислителя 5.
Работа устройства состоит в следующем.
Приемопередатчик 2 генерирует и излучает через антенну 1 в направлении морской поверхности радиоимпульсы зондирующего сигнала с заданными параметрами. Параметры зондирующего сигнала (мощность, длительность, скважность, несущая частота) вырабатываются вычислителем 5 в соответствии с высотой полета носителя устройства, код которой поступает на вход 6 устройства. Выработанные вычислителем 5 заданные параметры зондирующего сигнала поступают с его первого выхода на управляющий вход приемопередатчика 2.
Отражаясь от морской поверхности, излученный зондирующий сигнал превращается в эхо-сигнал, имеющий случайный характер. Он принимается антенной 1 и поступает в приемник приемопередатчика 2, где из него выделяется доплеровская составляющая, обусловленная скоростью перемещения морских волн. Эта составляющая с выхода приемника приемопередатчика 2 поступает на вход усилителя 3. В усилителе 3 поступивший на его вход сигнал дополнительно фильтруется (из него выделяются только доплеровские частоты), усиливается и поступает на вход преобразователя 4.
В преобразователе 4 аналоговый доплеровский сигнал преобразуется в цифровую форму (квантуется), то есть преобразуется в последовательность отстоящих друг от друга по времени t на шаг квантования Δt цифровых кодов, соответствующих уровням отстоящих на этот шаг входного аналогового сигнала. Шаг Δt квантования в соответствии с теоремой Котельникова выбирается из условия:
Δ t 1 2 F max
Figure 00000001
,
где Fmax - максимальная частота в спектре доплеровского сигнала.
С выхода преобразователя 4 преобразованный в последовательность цифровых кодов доплеровский сигнал поступает на вход вычислителя 5.
В вычислителе 5 рассчитывается гистограмма распределения численных значений поступивших на его вход цифровых кодов, соответствующая плотности распределения вероятностей текущего уровня x(t) доплеровского сигнала (закону распределения).
Кроме того, в вычислителе 5 рассчитывается автокорреляционная функция Rx:(τ) доплеровского сигнала x(t). Расчет ведется в соответствии с уравнением:
R x ( τ ) = x ( t ) x ( t + τ ) ¯
Figure 00000002
,
где τ - аргумент автокорреляционной функции, то есть временная задержка между исследуемым сигналом и его копией.
Черта над произведением x(t)·x(t+τ) означает его усреднение.
В вычислителе 5 рассчитывается также спектр (спектральная плотность) Sx(ω) доплеровского сигнала x(t), связанный с корреляционной функцией Rx(τ) преобразованием Фурье:
S x ( ω ) = 0 R x ( τ ) j ω τ d τ
Figure 00000003
Устройство достаточно легко реализуемо.
В качестве вычислителя 5 может служить бортовой компьютер носителя устройства. Результаты расчета могут быть получены как в виде таблиц, так и в виде графиков. Они выносятся на индикатор 7, в качестве которого может быть использован дисплей, с помощью которого осуществляется программирование и отладка программ, реализующих описанные расчеты. В качестве остальных элементов устройства могут быть использованы те же элементы, что и в устройстве-прототипе.
Нетрудно видеть, что в заявляемом устройстве по сравнению с прототипом значительно сокращена аппаратурная часть, так как аналоговое исполнение автокоррелятора заменено дополнительным программированием компьютера, который, как правило, уже входит в состав носителя устройства. Сокращение аппаратурного состава устройства значительно упрощает его и повышает его надежность. Кроме того, это повышает быстродействие и точность расчета автокорреляционной функции, так как компьютер, работая с сигналами в цифровой форме, позволяет выполнить все расчеты быстрее и точнее, чем аналоговый автокоррелятор, реализованный на физических блоках (смеситель, линия задержки с отводами, коммутатор, усредняющий фильтр, управляемый ключ, компаратор, счетчик импульсов, дешифратор). Очевидно также, что функциональные возможности заявляемого устройства значительно шире, чем у устройства-прототипа, так как оно позволяет определить не только время спадания корреляционной функции от максимума до нуля, а и всю корреляционную функцию. Кроме того, оно позволяет определить и отразить на экране дисплея как корреляционную функцию, так и закон распределения и спектр доплеровского сигнала.

Claims (1)

  1. Устройство для измерения параметров морских волн, содержащее приемопередатчик с антенной, усилитель доплеровского сигнала, вход которого соединен с выходом приемопередатчика, и индикатор, отличающееся тем, что в него введены последовательно соединенные аналого-цифровой преобразователь, вход которого соединен с выходом усилителя доплеровского сигнала, и вычислитель, второй вход которого является входом устройства, первый выход соединен с управляющим входом приемопередатчика, а второй выход - со входом индикатора.
RU2012134423/28A 2012-08-10 2012-08-10 Устройство для измерения параметров морских волн RU2523102C2 (ru)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134423/28A RU2523102C2 (ru) 2012-08-10 2012-08-10 Устройство для измерения параметров морских волн

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012134423/28A RU2523102C2 (ru) 2012-08-10 2012-08-10 Устройство для измерения параметров морских волн

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012134423A RU2012134423A (ru) 2014-02-20
RU2523102C2 true RU2523102C2 (ru) 2014-07-20

Family

ID=50113869

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012134423/28A RU2523102C2 (ru) 2012-08-10 2012-08-10 Устройство для измерения параметров морских волн

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2523102C2 (ru)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2689539C1 (ru) * 2017-11-30 2019-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" Устройство для измерения параметров морской волны

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2275777A1 (fr) * 1974-06-18 1976-01-16 Yung Jean Marie Dispositifs permettant de mesurer et d'enregistrer la direction de la houle
EP0106777A1 (fr) * 1982-10-14 1984-04-25 Etablissement Public dit "Centre National d'Exploitation des Océans" (CNEXO) Appareil de mesures de caractéristiques de la houle en mer
RU2036429C1 (ru) * 1990-06-13 1995-05-27 Климашов Борис Михайлович Устройство для измерения параметров морских волн
RU2137153C1 (ru) * 1996-01-16 1999-09-10 Войсковая часть 62728 Устройство измерения параметров волнения
RU2002114563A (ru) * 2002-06-03 2004-02-10 Институт прикладной физики РАН Радиолокационный способ определения параметров состояния приповерхностного слоя океана со спутника
RU2384861C1 (ru) * 2008-06-30 2010-03-20 Юрий Владимирович Румянцев Устройство измерения параметров волнения

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2275777A1 (fr) * 1974-06-18 1976-01-16 Yung Jean Marie Dispositifs permettant de mesurer et d'enregistrer la direction de la houle
EP0106777A1 (fr) * 1982-10-14 1984-04-25 Etablissement Public dit "Centre National d'Exploitation des Océans" (CNEXO) Appareil de mesures de caractéristiques de la houle en mer
RU2036429C1 (ru) * 1990-06-13 1995-05-27 Климашов Борис Михайлович Устройство для измерения параметров морских волн
RU2137153C1 (ru) * 1996-01-16 1999-09-10 Войсковая часть 62728 Устройство измерения параметров волнения
RU2002114563A (ru) * 2002-06-03 2004-02-10 Институт прикладной физики РАН Радиолокационный способ определения параметров состояния приповерхностного слоя океана со спутника
RU2384861C1 (ru) * 2008-06-30 2010-03-20 Юрий Владимирович Румянцев Устройство измерения параметров волнения

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Булатов М.Г., Раев М.Д., Скворцов Е.И. "Новый прибор для определния дисперсионных характеристик гравитационно-капилярных волн". Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сборник научных статей. РАН Институт космических исследований. Москва. 2007. Выпуск 4, Том 1, стр. 273-277. Булатов М.Г., Раев М.Д., Скворцов Е.И. "Исследование динамики морских волн в прибрежной зоне по данным радиолокационных наблюдений высокого разрешения". Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. Сборник научных статей. РАН Институт космических исследований. Москва. 2005. Выпуск 2, Том 2, стр. 76-81. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2689539C1 (ru) * 2017-11-30 2019-05-29 Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Крымский федеральный университет имени В.И. Вернадского" Устройство для измерения параметров морской волны

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012134423A (ru) 2014-02-20

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Evans Radio techniques for the measurement of ice thickness
RU2416105C1 (ru) Способ определения параметров движения воздушных объектов в обзорных радиолокаторах за счет использования когерентных свойств отраженных сигналов
Berkut et al. Deep penetration subsurface radar: Hardware, results, interpretation
RU2523102C2 (ru) Устройство для измерения параметров морских волн
RU2585401C1 (ru) Устройство обнаружения объектов в водной среде
RU2143708C1 (ru) Способ формирования радиолокационного изображения объекта и устройство формирования радиолокационного изображения
RU2581416C1 (ru) Способ измерения скорости звука
RU2433423C1 (ru) Устройство подповерхностного зондирования
RU2515580C1 (ru) Способ измерения внешнебаллистических характеристик снаряда и устройство для его осуществления
RU2545068C1 (ru) Способ измерения изменения курсового угла движения источника зондирующих сигналов
CN108195443A (zh) 水位测量方法、系统及设备
RU2439490C2 (ru) Способ определения толщины морского льда
RU2399888C1 (ru) Способ измерения уровня материала в резервуаре
RU2300781C1 (ru) Устройство гидрометеорологоакустических наблюдений за акваторией морского полигона
Pochanin et al. GPR for pavement monitoring
RU2548120C1 (ru) Способ дистанционного определения скорости приводного ветра
RU2554321C1 (ru) Устройство для определения направления и дальности до источника сигнала
RU2733938C1 (ru) Способ отображения гидроакустической информации
EP3441785B1 (en) System and method for tracking a sling load and terrain with a radar altimeter
RU2541733C1 (ru) Параметрический профилограф
RU2548129C1 (ru) Способ дистанционного определения характеристик морской поверхности
RU2534731C1 (ru) Система автоматической классификации гидролокатора ближнего действия
RU2654215C1 (ru) Способ измерения расстояния радиодальномером с частотной модуляцией
RU103936U1 (ru) Метеорологическая радиолокационная станция
RU193652U1 (ru) Устройство обнаружения объектов по дальностному портрету с многоуровневым квантованием

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20150811