RU2623668C1 - Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан - Google Patents
Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан Download PDFInfo
- Publication number
- RU2623668C1 RU2623668C1 RU2015156757A RU2015156757A RU2623668C1 RU 2623668 C1 RU2623668 C1 RU 2623668C1 RU 2015156757 A RU2015156757 A RU 2015156757A RU 2015156757 A RU2015156757 A RU 2015156757A RU 2623668 C1 RU2623668 C1 RU 2623668C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- relative dielectric
- atmosphere
- ocean
- polarization
- sea surface
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
Использование: для дистанционного контроля относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан на разных акваториях Мирового океана. Сущность изобретения заключается в том, что контролируемый участок морской поверхности облучают СВЧ-радиоволнами на наклонной поляризации, регистрируют рассеянный назад сигнал одновременно на вертикальной и горизонтальной поляризациях, затем вычисляют поляризационное отношение, по которому рассчитывают относительную диэлектрическую проницаемость среды под границей атмосфера-океан. Технический результат - повышение точности измерений за счет того, что величины удельной эффективной площади рассеяния на разных поляризациях определяются одновременно.
Description
Изобретение относится к области океанологических измерений и преимущественно может быть использовано для дистанционного контроля относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан на разных акваториях Мирового океана.
Физической основой предложенного способа дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей вода-воздух является следующее. В случае зондирования морской поверхности при углах падения θ от 25 до 75° рассеянный назад сигнал определяет резонансный (брегговский) механизм рассеяния. Если резонансные составляющие поля поверхностных волн распространяются по плоской поверхности, нормированное сечение обратного рассеяния 
можно представить в формуле
где p - вид поляризации, первый индекс соответствует поляризации излучаемого сигнала, второй - принимаемого;
k - волновое число радиоволны;
Из выражения (1) следует, что уровень резонансно рассеянного сигнала является функцией геометрического коэффициента 
. Геометрический коэффициент 
зависит от угла падения радиоволн на морскую поверхность, вида поляризации и относительной диэлектрической проницаемости воды. Для вертикальной (ν) и горизонтальной (h) поляризации функция Gpp(θ) соответственно имеет вид [Valenzuela G. Theories for the interaction of electromagnetic and ocean waves. – A. Review // Boundary Layer Meteorology. 1978. Vol. 13, №1-4. P. 61-85]:
где εr - комплексная относительная диэлектрическая проницаемость среды под границей атмосфера-океан.
В выражение (1) входит спектр морской поверхности , на который влияет большое число физических факторов, среди которых основным является изменчивость поля скорости ветра. Вследствие этого спектр подвержен сильной изменчивости [Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Смолов В.Е. О предельной точности скаттерометрического определения со спутника скорости ветра над океаном // Исследование Земли из космоса. 1987. №2. С. 57-65]. В результате при прямом определении величины εr на основе дистанционных измерений возникает ошибка. Для исключения влияния изменчивости спектра на определяемую величину εr в работе [Заявка №2015142497 на выдачу патента Российской Федерации на изобретение «Способ дистанционного определения солености морской воды», авторы Запевалов А.С. и Пустовойтенко В.В., дата поступления заявки в ФИПС 06.10.2015, входящий №065683] было предложено использовать отношение (поляризационное отношение) R сигналов, измеренных на вертикальной 
и горизонтальной 
поляризациях, соответственно:
Поскольку на обеих поляризациях сигнал пропорционален уровню шероховатости, который в данном случае характеризуется спектром , поляризационное отношение определяется тремя параметрами: εr, θ и длиной (частотой) зондирующих радиоволн. Поскольку при радиозондировании морской поверхности угол падения и длина зондирующей волны являются известными параметрами, зная поляризационное отношение, можно рассчитать величину εr.
Известен способ дистанционного определения солености морской воды, основанный на определении относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан [Терехин Ю.В., Пустовойтенко В.В. Влияние температуры и солености морской воды на характеристики радиолокационного сигнала СВЧ-диапазона // Исследование Земли из Космоса. 1986. №2. С. 16-20]. Такие признаки аналога, как зондирование морской поверхности в СВЧ-диапазоне, регистрация сигнала, рассеянного в обратном направлении, являются сходными с существенными признаками заявленного технического решения. Недостатком аналога является низкая точность определения относительной диэлектрической проницаемости воды, поскольку удельная эффективная площадь рассеяния 
зависит не только от относительной диэлектрической проницаемости воды, но и от шероховатости морской поверхности. Изменения шероховатости морской поверхности приводят к значительно большим изменениям параметра , чем изменения относительной диэлектрической проницаемости воды, наблюдаемые в Мировом океане.
Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является способ, в котором на основе радиозондирования морской поверхности по поляризационному отношению вычисляется относительная диэлектрическая проницаемость εr, и по ней рассчитывается соленость [Заявка №2015142497 на выдачу патента Российской Федерации на изобретение «Способ дистанционного определения солености морской воды», авторы Запевалов А.С. и Пустовойтенко В.В., дата поступления заявки в ФИПС 06.10.2015, входящий №065683].
Такие признаки прототипа, как зондирование заданного участка морской поверхности в СВЧ-диапазоне, регистрация на вертикальной и горизонтальной поляризациях сигналов, рассеянных в обратном направлении, расчет отношения сигналов, регистрируемых на разных поляризациях, и определение по этому поляризационному отношению относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан, являются сходными с существенными признаками заявленного технического решения.
Недостатком прототипа является то, что измерения на разных поляризациях осуществляются последовательно во времени. Следствием расхождений во времени сеансов измерений является то, что подверженный сильной пространственно-временной изменчивости спектр различается для разных сеансов [Христофоров Г.Н., Запевалов А.С, Бабий М.В. Измерения параметров шероховатости морской поверхности при переходе от штиля к ветровому волнению // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 1992. Т. 28, №4. С. 424-431]. Кроме того, при измерении с движущихся носителей последовательно полученные величины соответствуют разным участкам морской поверхности.
В основу изобретения поставлена задача создания способа дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан, в котором за счет того, что величины удельной эффективной площади рассеяния на разных поляризациях определяются одновременно, достигается технический результат - повышение точности измерений.
Поставленная задача решается тем, что в способе дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан, который характеризуется вышеуказанными общими с прототипом признаками, новым является то, что морскую поверхность зондируют радиоволнами, которые имеют две составляющие с ортогональной поляризацией (горизонтальную и вертикальную), т.е. зондирование осуществляется на наклонной поляризации, а прием осуществляется на горизонтальной и на вертикальной поляризациях одновременно.
Способ осуществляют следующим образом.
Контролируемый участок морской поверхности облучают СВЧ-адиоволнами, на наклонной поляризации. Регистрируют рассеянный назад сигнал одновременно на вертикальной и горизонтальной поляризациях. Затем вычисляют поляризационное отношение, по которому, согласно выражениям (2)-(4), рассчитывают относительную диэлектрическую проницаемость среды под границей атмосфера-океан.
Claims (1)
- Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан, заключающийся в том, что заданный участок морской поверхности облучают радиоволнами СВЧ-диапазона, принимают рассеянный назад сигнал на вертикальной и на горизонтальной поляризациях, вычисляют поляризационное отношение и по нему определяют относительную диэлектрическую проницаемость, отличающийся тем, что этот участок морской поверхности облучают радиоволнами СВЧ-диапазона на наклонной поляризации и рассеянный назад сигнал принимают одновременно на вертикальной и горизонтальной поляризациях.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015156757A RU2623668C1 (ru) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| RU2015156757A RU2623668C1 (ru) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| RU2623668C1 true RU2623668C1 (ru) | 2017-06-28 |
Family
ID=59312361
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| RU2015156757A RU2623668C1 (ru) | 2015-12-28 | 2015-12-28 | Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| RU (1) | RU2623668C1 (ru) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750562C1 (ru) * | 2020-08-12 | 2021-06-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ оценки состояния снежно-ледяного покрова |
| RU2750563C1 (ru) * | 2020-08-12 | 2021-06-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ дистанционной идентификации состояния снежно-ледяного покрова |
| RU2750651C1 (ru) * | 2020-08-12 | 2021-06-30 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ дистанционного определения состояния снежно-ледяного покрова |
| RU2790085C1 (ru) * | 2022-10-27 | 2023-02-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Способ дистанционного измерения комплексной диэлектрической проницаемости плоскослоистых диэлектриков естественного происхождения |
Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2256165C2 (ru) * | 2002-09-02 | 2005-07-10 | Тамбовский военный авиационный инженерный институт | Свч способ локализации неоднородностей в диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытиях на металле и оценка их относительной величины |
-
2015
- 2015-12-28 RU RU2015156757A patent/RU2623668C1/ru active
Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2256165C2 (ru) * | 2002-09-02 | 2005-07-10 | Тамбовский военный авиационный инженерный институт | Свч способ локализации неоднородностей в диэлектрических и магнитодиэлектрических покрытиях на металле и оценка их относительной величины |
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| А.Н. Пинчук, Дистанционное определение амплитуды вибрации корпуса судна, Наука и Образование, Электронный научно-технический журнал, Научное издание МГТУ Им. Н.Э. Баумана, 6 июнь 2014. * |
| А.С. Запевалов, В.В. Пустовойтенко, Влияние физико-химических характеристик морской воды на резонансное рассеяние радиоволн морской поверхностью, Морской гидрофизический институт, Журнал радиоэлектроники N 9, 2014. А.А. Синева, Поляризационная радиолокация для обнаружения и идентификации пленочных загрязнений моря, Труды МФТИ, том 6, N 3, 2014. * |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| RU2750562C1 (ru) * | 2020-08-12 | 2021-06-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ оценки состояния снежно-ледяного покрова |
| RU2750563C1 (ru) * | 2020-08-12 | 2021-06-29 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ дистанционной идентификации состояния снежно-ледяного покрова |
| RU2750651C1 (ru) * | 2020-08-12 | 2021-06-30 | Федеральное государственное казенное военное образовательное учреждение высшего образования "Военный учебно-научный центр Военно-воздушных сил "Военно-воздушная академия имени профессора Н.Е. Жуковского и Ю.А. Гагарина" (г. Воронеж) Министерства обороны Российской Федерации | Способ дистанционного определения состояния снежно-ледяного покрова |
| RU2790085C1 (ru) * | 2022-10-27 | 2023-02-14 | федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Северо-Кавказский федеральный университет" | Способ дистанционного измерения комплексной диэлектрической проницаемости плоскослоистых диэлектриков естественного происхождения |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US20200209373A1 (en) | Method and system for determining horizontal distance between transmitting point and receiving point | |
| RU2623668C1 (ru) | Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан | |
| US8843318B2 (en) | Water quality measuring method, water quality measuring device, and water quality measuring program for marine surface layers | |
| Ermoshkin et al. | Estimation of the wind-driven wave spectrum using a high spatial resolution coherent radar | |
| Titchenko et al. | Measuring the variance of the vertical orbital velocity component by an acoustic wave gauge with a single transceiver antenna | |
| RU2466425C1 (ru) | Способ измерения характеристик взволнованной водной поверхности | |
| Carey | Measurement of down‐slope sound propagation from a shallow source to a deep ocean receiver | |
| RU2559159C1 (ru) | Способ измерения толщины льда | |
| Ryabkova et al. | Experimental study of the microwave radar Doppler spectrum backscattered from the sea surface at low incidence angles | |
| Zavol’skii et al. | Effects of wind waves on horizontal array performance in shallow-water conditions | |
| JP2018063245A (ja) | 比誘電率の決定方法及び地中埋込物体の検出方法 | |
| RU2631267C2 (ru) | Способ дистанционного определения солености морской воды | |
| Panfilova et al. | Retrieving of significant wave height and period from the Doppler spectrum of backscattered microwave signal | |
| Yu et al. | Measurements of midfrequency acoustic backscattering from a sandy bottom in the South Yellow Sea of China | |
| Takahashi et al. | Sensitivity analysis of soil heterogeneity for ground-penetrating radar measurements by means of a simple modeling | |
| Qu et al. | Measuring the sound speed in deep-sea first sediment layer using a high-frequency submersible sub-bottom profiler: Method and sea trial application | |
| RU2510608C1 (ru) | Способ измерения толщины льда с подводного носителя | |
| RU2630412C1 (ru) | Способ дистанционного определения скорости морского течения | |
| RU2452978C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта | |
| Kulikova et al. | Analysis of the Sea Surface Parameters by Doppler X-Band Radar in the Coastal Zone of the Black Sea | |
| RU2545065C2 (ru) | Способ измерения скорости звука в воде | |
| RU2529886C1 (ru) | Способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности | |
| RU2452979C1 (ru) | Способ измерения расстояния до контролируемого объекта | |
| Titchenko et al. | Sea surface waves parameters retrieval method based on the measurement of the Doppler spectrum at small incident angle | |
| RU2672759C1 (ru) | Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости морской воды под границей океан-атмосфера |