RU2593384C2 - Method for remote determination of sea surface characteristics - Google Patents
Method for remote determination of sea surface characteristics Download PDFInfo
- Publication number
- RU2593384C2 RU2593384C2 RU2014152770/07A RU2014152770A RU2593384C2 RU 2593384 C2 RU2593384 C2 RU 2593384C2 RU 2014152770/07 A RU2014152770/07 A RU 2014152770/07A RU 2014152770 A RU2014152770 A RU 2014152770A RU 2593384 C2 RU2593384 C2 RU 2593384C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- sea surface
- reflected radio
- asymmetry
- distribution
- reflected
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области океанологических измерений и преимущественно может быть использовано для контроля состояния поверхности океана.The invention relates to the field of oceanological measurements and can mainly be used to monitor the state of the ocean surface.
В настоящее время основной поток информации о процессах, протекающих в толще Мирового океана и на его поверхности, поступает с приборов для дистанционного зондирования, установленных на космических аппаратах (КА). В том числе поступает информация о рельефе морской поверхности вдоль трассы КА, по которому рассчитывается поле течений [1]. На точность определения рельефа морской поверхности влияют изменения распределения возвышений морской поверхности, создаваемые ветровыми волнами и зыбью, в первую очередь изменения его асимметрии [2]. Изменения асимметрии также ограничивают предельную точность альтиметрического определения скорости приводного ветра [3].Currently, the main stream of information about the processes taking place in the thickness of the oceans and on its surface comes from remote sensing devices installed on spacecraft (SC). In particular, information is received about the relief of the sea surface along the spacecraft path, from which the current field is calculated [1]. The accuracy of determining the relief of the sea surface is affected by changes in the distribution of elevations of the sea surface created by wind waves and swell, primarily changes in its asymmetry [2]. Changes in asymmetry also limit the extreme accuracy of the altimetric determination of the drive wind speed [3].
Физической основой предложенного способа дистанционного определения характеристик морской поверхности является следующее. Отраженный радиоимпульс V(t) можно описать сверткой двух функций [4]The physical basis of the proposed method for the remote determination of the characteristics of the sea surface is the following. The reflected radio pulse V (t) can be described by the convolution of two functions [4]
V(t)=f1*f2,V (t) = f 1 * f 2 ,
где t - время;where t is time;
функция f1 определяется характеристиками альтиметра;the function f 1 is determined by the characteristics of the altimeter;
функция f2 определяется характеристиками морской поверхности;the function f 2 is determined by the characteristics of the sea surface;
* - символ, обозначающий свертку.* - a symbol denoting a convolution.
Зависимость формы отраженного радиосигнала от функции f2 создает принципиальную возможность определения статистических характеристик взволнованной морской поверхности по данным измерений радиолокатором, установленным на космическом аппарате.The dependence of the shape of the reflected radio signal on the function f 2 makes it possible in principle to determine the statistical characteristics of the excited sea surface from the measurement data of the radar mounted on the spacecraft.
Известен способ [5] определения значимой высоты морских волн с помощью радиолокационного альтиметра, установленного на борту космического аппарата, согласно которому осуществляют зондирование поверхности моря короткими импульсами длительностью порядка нескольких наносекунд. Сходными с признаками заявленного технического решения являются такие признаки аналога: формирование коротких радиоимпульсов постоянной длительности, облучение морской поверхности, регистрация отраженных радиоимпульсов и построение по ним осредненной формы отраженного радиоимпульса. Недостатком аналога является то обстоятельство, что в процессе измерений определяется только одна характеристика морских волн - значимая высота волн, что ограничивает область океанографического применения данного способа.A known method [5] for determining the significant height of sea waves using a radar altimeter mounted on board the spacecraft, according to which sounding of the sea surface is carried out with short pulses of a duration of the order of several nanoseconds. Similar to the features of the claimed technical solution are the following features of the analogue: the formation of short radio pulses of constant duration, irradiation of the sea surface, registration of reflected radio pulses and the construction of an averaged shape of the reflected radio pulse from them. The disadvantage of the analogue is the fact that in the process of measurement only one characteristic of sea waves is determined - a significant wave height, which limits the scope of oceanographic application of this method.
Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков и поэтому выбранным в качестве прототипа является дистанционный способ [6] определения характеристик морской поверхности, позволяющий определять асимметрию распределения возвышений поверхности. Способ основан на использовании характеристик радиосигнала, получаемого при зондировании поверхности моря в надир с помощью радиолокатора, установленного на борту космического аппарата.Closest to the invention in terms of features and therefore selected as a prototype is a remote method [6] for determining the characteristics of the sea surface, which allows to determine the asymmetry of the distribution of elevations of the surface. The method is based on the use of the characteristics of the radio signal obtained by sensing the surface of the sea in nadir using a radar installed on board the spacecraft.
Такие признаки прототипа, как формирование коротких радиоимпульсов постоянной длительности, зондирование этими импульсами морской поверхности в надир, регистрирование отраженных радиоимпульсов и определение распределения возвышений морской поверхности по осредненной форме отраженного радиоимпульса, являются сходными с существенными признаками заявленного технического решения.Such features of the prototype as the formation of short radio pulses of constant duration, sensing these pulses of the sea surface into a nadir, recording the reflected radio pulses and determining the distribution of elevations of the sea surface by the averaged shape of the reflected radio pulse are similar to the essential features of the claimed technical solution.
Недостатком прототипа является низкая точность определения характеристики распределения возвышений морской поверхности - асимметрии. Этот недостаток является следствием того, что асимметрия определяется по изменению наклонов переднего фронта отраженного радиоимпульса в пределах некоторых «ворот». Такой способ расчета исключает или существенно снижает вклад отражений от гребней наиболее высоких волн, что приводит к искажению оценок асимметрии распределения возвышений морской поверхности [4].The disadvantage of the prototype is the low accuracy of determining the distribution characteristics of the elevations of the sea surface - asymmetry. This disadvantage is due to the fact that the asymmetry is determined by the change in the slopes of the leading edge of the reflected radio pulse within some “gates”. This calculation method eliminates or significantly reduces the contribution of reflections from the crests of the highest waves, which leads to a distortion of the estimates of the asymmetry of the distribution of elevations of the sea surface [4].
В основу изобретения поставлена задача создания способа дистанционного определения характеристик морской поверхности, в котором за счет того, что учитывается особенность формирования отраженного радиоимпульса, достигается технический результат - повышение точности определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности. Это достигается путем исключения влияния собственных шумов аппаратуры и получения уточненной осредненной формы отраженного радиоимпульса, что позволяет рассчитывать распределение возвышений морской поверхности по всему отраженному радиоимпульсу, тем самым, учитывая отражения от гребней и впадин самых высоких волн, что повышает точность определения характеристик морской поверхности.The basis of the invention is the task of creating a method for remote determination of the characteristics of the sea surface, in which due to the fact that the formation of the reflected radio pulse is taken into account, the technical result is achieved - increasing the accuracy of determining the asymmetry of the distribution of elevations of the sea surface. This is achieved by eliminating the influence of the internal noise of the equipment and obtaining a refined averaged shape of the reflected radio pulse, which allows us to calculate the distribution of elevations of the sea surface over the entire reflected radio pulse, thereby taking into account reflections from ridges and troughs of the highest waves, which increases the accuracy of determining the characteristics of the sea surface.
Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного определения характеристик морской поверхности, который заключается в том, что формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности, зондируют ими морскую поверхность в надир, регистрируют отраженные радиоимпульсы и по осредненной форме отраженного радиоимпульса определяют асимметрию распределения возвышений морской поверхности, новым является то, что в промежутках между регистрацией отраженных радиоимпульсов определяют собственный аппаратурный шум, вычитают этот шум из осредненной формы отраженного радиоимпульса и получают уточненную осредненную форму отраженного радиоимпульса, по которой рассчитывают асимметрию распределения возвышений морской поверхности - или решая интегральное уравнение V(t)=f1*f2, или путем численного моделирования, подбирая параметры распределения возвышений морской поверхности.The problem is solved in that in the method for remote determination of the characteristics of the sea surface, which consists in the formation of short radio pulses of constant duration, they probe the sea surface into nadir, register the reflected radio pulses and determine the asymmetry of the distribution of elevations of the sea surface from the averaged shape of the reflected radio pulse is that in the intervals between the registration of the reflected radio pulses determine their own instrument noise, subtract this noise from the averaged shape of the reflected radio pulse and get the updated averaged shape of the reflected radio pulse, from which the asymmetry of the distribution of elevations of the sea surface is calculated - either by solving the integral equation V (t) = f 1 * f 2 , or by numerical simulation, selecting the distribution parameters of the elevations of the sea surface.
Для реализации предложенного способа могут быть использованы альтиметры, установленные на океанографических спутниках.To implement the proposed method, altimeters installed on oceanographic satellites can be used.
Способ осуществляют следующим образом.The method is as follows.
С помощью радиолокатора, расположенного на космическом аппарате, формируют короткие радиоимпульсы постоянной длительности (порядка одной наносекунды), облучают морскую поверхность в надир и регистрируют отраженные радиоимпульсы. В интервалы времени между регистрацией импульсов определяют уровень собственных аппаратурных шумов. Далее определяется уточненная форма отраженного радиоимпульса, для чего из регистрируемого сигнала вычитают шум. Затем по уточненной средней форме отраженного радиоимпульса рассчитывается функция f2(t). Расчет проводится с помощью интегрального уравнения V(t)=fl*f2 или путем численной аппроксимации с помощью метода наименьших квадратов. В последнем случае решение представляется в виде Эджвортовой формы типа А рядов Грама-Шарлье [7, 8].Using a radar located on the spacecraft, short radio pulses of constant duration (of the order of one nanosecond) are formed, the sea surface is irradiated into nadir and the reflected radio pulses are recorded. In the time intervals between the registration of pulses determine the level of their own hardware noise. Next, the refined shape of the reflected radio pulse is determined, for which noise is subtracted from the recorded signal. Then, according to the refined average shape of the reflected radio pulse, the function f 2 (t) is calculated. The calculation is carried out using the integral equation V (t) = f l * f 2 or by numerical approximation using the least squares method. In the latter case, the solution is represented in the form of the Edgeworth form of type A of Gram-Charlier series [7, 8].
Использованные источники информацииInformation Sources Used
1. Пустовойтенко В.В., Запевалов А.С. Оперативная океанография: Спутниковая альтиметрия - Современное состояние, перспективы и проблемы / Серия Современные проблемы океанологии. - Севастополь, «ЭКОСИ-Гидрофизика» - 2012. - Вып. 11. - 217 с.1. Pustovoitenko VV, Zapevalov A.S. Operational Oceanography: Satellite Altimetry - Current State, Prospects and Problems / Series Modern Problems of Oceanology. - Sevastopol, ECOSI-Hydrophysics - 2012. - Issue. 11. - 217 p.
2. Запевалов А.С. Влияние асимметрии и эксцесса распределения возвышений взволнованной морской поверхности на точность альтиметрических измерений ее уровня // Изв. РАН. Серия физика атмосферы и океана. - 2012. - том 48, №2. - С. 224-231.2. Zapevalov A.S. The effect of asymmetry and excess of the distribution of elevations of an excited sea surface on the accuracy of altimetric measurements of its level // Izv. RAS. A series of physics of the atmosphere and the ocean. - 2012. - Volume 48, No. 2. - S. 224-231.
3. Запевалов А.С., Показеев К.В., Пустовойтенко В.В. О предельной точности альтиметрического определения скорости приводного ветра // Исследования Земли из космоса. - 2006. - №3. - С. 49-54.3. Zapevalov A.S., Pokazeev K.V., Pustovoitenko V.V. On the extreme accuracy of the altimetric determination of the drive wind speed // Earth Research from Space. - 2006. - No. 3. - S. 49-54.
4. Запевалов А.С., Пустовойтенко В.В. К вопросу определения асимметрии распределения возвышений морской поверхности по данным альтиметрических измерений // Исследования Земли из космоса. - 2012. - №5. С. 12-21.4. Zapevalov A.S., Pustovoitenko V.V. On the issue of determining the asymmetry of the distribution of elevations of the sea surface according to altimetry measurements // Earth Research from Space. - 2012. - No. 5. S. 12-21.
5. Walsh E.J., Uliana Е.А., Yaplee B.S. Ocean wave heights measured by a high resolution pulse-limited radar altimeter // Boundary-Layer Meteorology. - 1978. - Vol. 13. - P. 263-276.5. Walsh E.J., Uliana E.A., Yaplee B.S. Ocean wave heights measured by a high resolution pulse-limited radar altimeter // Boundary-Layer Meteorology. - 1978. - Vol. 13. - P. 263-276.
6. Gomez-Enri J., Gommenginger С.Р., Srokosz M.A., Challenor P.G., Benveniste J. Measuring global ocean wave skewness by retracking RA-2 Envisat waveforms // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. - 2007. - Vol. 24. - P. 1102-1116 - прототип.6. Gomez-Enri J., Gommenginger S.P., Srokosz M.A., Challenor P.G., Benveniste J. Measuring global ocean wave skewness by retracking RA-2 Envisat waveforms // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. - 2007. - Vol. 24. - P. 1102-1116 - prototype.
7. Запевалов А.С., Большаков А.Н., Смолов В.Е. Моделирование плотности вероятностей возвышений морской поверхности с помощью рядов Грама-Шарлье // Океанология. - 2011. - Том 51, №. 3. - С. 432-439.7. Zapevalov A.S., Bolshakov A.N., Smolov V.E. Modeling the probability density of elevations of the sea surface using the Gram-Charlier series // Oceanology. - 2011. - Volume 51, No. 3 .-- S. 432-439.
8. Запевалов А.С. Старшие кумулянты возвышений морской поверхности // Метеорология и гидрология. - 2011. - №9. - С 78-85.8. Zapevalov A.S. Older cumulants of elevations of the sea surface // Meteorology and hydrology. - 2011. - No. 9. - C 78-85.
Claims (1)
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014152770/07A RU2593384C2 (en) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Method for remote determination of sea surface characteristics |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2014152770/07A RU2593384C2 (en) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Method for remote determination of sea surface characteristics |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2014152770A RU2014152770A (en) | 2016-07-20 |
| RU2593384C2 true RU2593384C2 (en) | 2016-08-10 |
Family
ID=56413194
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2014152770/07A RU2593384C2 (en) | 2014-12-24 | 2014-12-24 | Method for remote determination of sea surface characteristics |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2593384C2 (en) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2630412C1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-09-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method of remote determination of sea current speed |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4544926A (en) * | 1981-05-11 | 1985-10-01 | Selenia, Industrie Elettroniche Associate, S.P.A. | Adaptive jamming-signal canceler for radar receiver |
| RU2145737C1 (en) * | 1995-01-30 | 2000-02-20 | Телефонактиеболагет Лм Эрикссон | Method for noise reduction by means of spectral subtraction |
| CN1996766A (en) * | 2006-12-26 | 2007-07-11 | 深圳市嵘兴实业发展有限公司 | The method for automatic determination of the background noise and its system |
| EA200701744A1 (en) * | 2005-02-16 | 2007-12-28 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | NOISE EVALUATION AT ONE FREQUENCY THROUGH NOISE MEASUREMENT AT OTHER FREQUENCIES |
-
2014
- 2014-12-24 RU RU2014152770/07A patent/RU2593384C2/en active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US4544926A (en) * | 1981-05-11 | 1985-10-01 | Selenia, Industrie Elettroniche Associate, S.P.A. | Adaptive jamming-signal canceler for radar receiver |
| RU2145737C1 (en) * | 1995-01-30 | 2000-02-20 | Телефонактиеболагет Лм Эрикссон | Method for noise reduction by means of spectral subtraction |
| EA200701744A1 (en) * | 2005-02-16 | 2007-12-28 | Эксонмобил Апстрим Рисерч Компани | NOISE EVALUATION AT ONE FREQUENCY THROUGH NOISE MEASUREMENT AT OTHER FREQUENCIES |
| CN1996766A (en) * | 2006-12-26 | 2007-07-11 | 深圳市嵘兴实业发展有限公司 | The method for automatic determination of the background noise and its system |
Non-Patent Citations (1)
| Title |
|---|
| Gomez-Enri J., Gommenginger С.Р., Srokosz M.A., Challenor P.G., Benveniste J. Measuring global ocean wave skewness by retracking RA-2 Envisat waveforms // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. - 2007. - Vol. 24. - P. 1102-1116 . * |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2630412C1 (en) * | 2016-11-29 | 2017-09-07 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики Российской академии наук" (ИПФ РАН) | Method of remote determination of sea current speed |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| RU2014152770A (en) | 2016-07-20 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Waterman et al. | Suppression of internal wave breaking in the Antarctic Circumpolar Current near topography | |
| Frehlich | Estimation of velocity error for Doppler lidar measurements | |
| Mentaschi et al. | Developing and validating a forecast/hindcast system for the Mediterranean Sea | |
| Stanislav et al. | Comparing wave heights simulated in the Black Sea by the SWAN model with satellite data and direct wave measurements | |
| Kantha et al. | Dissipation rates of turbulence kinetic energy in the free atmosphere: MST radar and radiosondes | |
| Adebisi et al. | Advances in estimating Sea Level Rise: A review of tide gauge, satellite altimetry and spatial data science approaches | |
| Mahoney et al. | Taking a look at both sides of the ice: comparison of ice thickness and drift speed as observed from moored, airborne and shore-based instruments near Barrow, Alaska | |
| Garmashov et al. | Comparing satellite and meteorological data on wind velocity over the Black Sea | |
| Farrell et al. | Sea-ice freeboard retrieval using digital photon-counting laser altimetry | |
| Kartashov et al. | Features of construction and application of complex systems for the atmosphere remote sounding | |
| Titchenko et al. | Peculiarities of the Acoustic Pulse Formation Reflected by the Water Surface: a Numerical Experiments and the Results of Long-term Measurements Using the" Kalmar" Sonar | |
| Garcia et al. | Accuracy of Florida Current volume transport measurements at 27 N using multiple observational techniques | |
| RU2593384C2 (en) | Method for remote determination of sea surface characteristics | |
| Domps et al. | High-frequency radar ocean current mapping at rapid scale with autoregressive modeling | |
| Song et al. | High temporal resolution rainfall information retrieval from tipping-bucket rain gauge measurements | |
| Frazer et al. | Toward parsimony in shoreline change prediction (I): Basis function methods | |
| Brugger et al. | Evaluation of a procedure to correct spatial averaging in turbulence statistics from a Doppler lidar by comparing time series with an ultrasonic anemometer | |
| Frehlich | Errors for space-based Doppler lidar wind measurements: Definition, performance, and verification | |
| KR101354522B1 (en) | Retrival method of high resolution wind fields of multiple-doppler radar using by variational and fgat method | |
| Sapucci et al. | GPS-PWV jumps before intense rain events | |
| RU2548120C1 (en) | Remote determination of surface wind velocity | |
| Caballero et al. | Validation of high spatial resolution wave data from Envisat RA-2 altimeter in the Gulf of Cádiz | |
| RU2618599C2 (en) | Method of construction the measured profile part of vertical speed distribution in water up to surface and down to bottom | |
| RU2730182C1 (en) | Method of multiple-rundown signal accumulation in radar station when detecting aerial targets in pulse-doppler mode | |
| Ramos et al. | Observation of wave energy evolution in coastal areas using HF radar |