RU2644628C1 - Measurement of reference spectra of marine surface exploration - Google Patents
Measurement of reference spectra of marine surface exploration Download PDFInfo
- Publication number
- RU2644628C1 RU2644628C1 RU2016143745A RU2016143745A RU2644628C1 RU 2644628 C1 RU2644628 C1 RU 2644628C1 RU 2016143745 A RU2016143745 A RU 2016143745A RU 2016143745 A RU2016143745 A RU 2016143745A RU 2644628 C1 RU2644628 C1 RU 2644628C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- waveguide
- directional coupler
- sea surface
- wave
- frequency
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
- G01S17/00—Systems using the reflection or reradiation of electromagnetic waves other than radio waves, e.g. lidar systems
- G01S17/02—Systems using the reflection of electromagnetic waves other than radio waves
Landscapes
- Investigating Or Analysing Materials By Optical Means (AREA)
Abstract
Description
Изобретение относится к области океанологии и может найти применение при контроле гидрологических процессов на морской поверхности, течений, антропогенного загрязнения шельфовых зон.The invention relates to the field of oceanology and can find application in the control of hydrological processes on the sea surface, currents, anthropogenic pollution of shelf zones.
Физически аномалия взволнованной морской поверхности проявляется в изменении пространственного спектра волнения относительно тестовых (эталонных) участков. Последнее, как правило, происходит при взаимодействии между собой разнородных физических процессов: ветрового волнения и внутренних волн, выходящих на поверхность подводных течений, либо при изменении коэффициента поверхностного натяжения воды в местах загрязнений нефтепродуктами, скоплениях планктона, выбросов очистных сооружений в прибрежные зоны и т.д.Physically, the anomaly of the agitated sea surface manifests itself in a change in the spatial spectrum of waves relative to the test (reference) areas. The latter, as a rule, occurs when heterogeneous physical processes interact with each other: wind waves and internal waves reaching the surface of underwater currents, or when the coefficient of surface tension of water changes in places of pollution by oil products, accumulations of plankton, emissions of treatment facilities into coastal zones, etc. d.
Наличие или отсутствие мелкодисперсных образований (ряби) на поверхности крупных волн развитого волнения приводит также к изменению удельной эффективной площади рассеяния морской поверхности при ее радиолокационном зондировании.The presence or absence of finely dispersed formations (ripples) on the surface of large waves of developed waves also leads to a change in the specific effective scattering area of the sea surface during its radar sounding.
Для обнаружения аномалий подстилающей поверхности при дистанционном зондировании используют различные методы и средства.Various methods and tools are used to detect anomalies in the underlying surface during remote sensing.
Известен «Способ определения загрязнений морской поверхности» (Патент RU №2596628, 2016 г.) путем восстановления спектра волнения поверхности по его изображению методами Фурье-преобразования и сравнения его со спектром тестовых участков - аналог.The well-known "Method for the determination of pollution of the sea surface" (Patent RU No. 2596628, 2016) by restoring the wave spectrum of the surface from its image using Fourier transform methods and comparing it with the spectrum of test sites is an analogue.
Способ-аналог включает выбор трасс, содержащих тестовые участки, для дистанционного зондирования с авиационного носителя автодинным радиоволновым измерителем, частотное детектирование сигнала измерителя и создание базы эталонных сигналов ветрового волнения поверхности в виде их автокорреляционных функций, одновременное получение видеоизображений участков по трассе полета цифровой, соосно установленной, видеокамерой высокого пространственного разрешения с привязкой получаемых кадров к топографическим координатам посредством навигатора системы GPS, восстановление пространственного спектра волнения методом Фурье-преобразования изображения видеокадров, вычисление взаимной корреляционной функции сигнала автодинного измерителя и видеокамеры, расчет индекса загрязнения участков через отношение ширины взаимной корреляционной функции к ширине эталонной автокорреляционной функции на уровне 0,1 от их максимального значения, формирование массива данных из этих отношений, выделение методами пространственного дифференцирования изолиний контуров индекса загрязнений с нанесением их на контурную карту акватории.An analogous method includes the selection of traces containing test sections for remote sensing from an aircraft carrier by an autodyne radio wave meter, frequency detection of the meter signal and the creation of a base of reference signals of surface wind waves in the form of their autocorrelation functions, while simultaneously receiving video images of the sections along a digitally aligned path , a high-resolution video camera with the binding of the resulting frames to the topographic coordinates by GPS navigator, reconstructing the spatial wave spectrum using the Fourier transform of the image of video frames, calculating the mutual correlation function of the signal of the autodyne meter and video camera, calculating the pollution index of the sections through the ratio of the width of the mutual correlation function to the width of the reference autocorrelation function at the level of 0.1 of their maximum value, the formation of an array of data from these relations, the allocation of contours of the contours of the index by the methods of spatial differentiation is polluted first with drawing them on a contour map area.
Недостатками аналога являются:The disadvantages of the analogue are:
- необходимость наличия спектров тестовых (эталонных) участков на трассе зондирования;- the need for the availability of spectra of test (reference) sites on the sounding path;
- относительность получаемых результатов сравнения степени загрязнения при отсутствии абсолютных значений измеряемых параметров тестовых участков.- the relativity of the results of comparing the degree of contamination in the absence of absolute values of the measured parameters of the test sites.
Ближайшим аналогом к заявляемому техническому решению является «Радиоволновой измеритель колебаний», АС SU №1446487, G01H, 3/12, 1988 г. Ближайший аналог содержит СВЧ-генератор, первичный преобразователь и блок измерения, отличающийся тем, что с целью повышения чувствительности первичный преобразователь выполнен в виде волновода с мембраной на торце, установленной от его входа на расстоянии, кратном половине длины волны в волноводе, и с возможностью перемещения вдоль него, а в качестве СВЧ-генератора использован СВЧ-генератор в режиме затягивания частоты.The closest analogue to the claimed technical solution is the “Radio wave vibration meter”, AC SU No. 1446487, G01H, 3/12, 1988. The closest analogue contains a microwave generator, a primary converter and a measurement unit, characterized in that in order to increase the sensitivity of the primary converter made in the form of a waveguide with a membrane at the end, installed from its entrance at a distance multiple of half the wavelength in the waveguide, and with the ability to move along it, and as a microwave generator used a microwave generator in the tightening mode frequency.
К числу недостатков ближайшего аналога следует отнести:The disadvantages of the closest analogue include:
- невозможность непосредственного измерения спектра пространственного волнения морской поверхности;- the impossibility of directly measuring the spectrum of spatial waves of the sea surface;
- отсутствие модели балльности морского волнения с учетом степени загрязнения поверхности тестовых участков.- the lack of a model for the severity of sea waves, taking into account the degree of contamination of the surface of the test sites.
Задача, решаемая заявленным техническим решением, состоит в создании базы эталонных сигналов спектров морского волнения для последующей калибровки трактов дистанционного зондирования морской поверхности при расчете индекса загрязнений акваторий прибрежных зон.The problem solved by the claimed technical solution is to create a base of reference signals of the sea wave spectra for subsequent calibration of the remote sensing paths of the sea surface when calculating the pollution index of coastal areas.
Поставленная задача решается тем, что измеритель эталонных спектров волнения морской поверхности выполнен на базе СВЧ-генератора, работающего в режиме затягивания частоты, нагруженного на волновую секцию с рупорной антенной на конце для облучения морской поверхности с контролируемой степенью загрязнения и балльностью волнения; в волноводную секцию последовательно включены направленный ответвитель, аттенюатор и фазовращатель; часть энергии генератора через направленный ответвитель, выполненный в виде короткозамкнутого отреза волновода, передается в измерительный тракт из последовательно подключенных регулятора мощности и кристаллического детектора, размещенных в ответвителе, усилителя зарядов, следящего фильтра, регистратора и спектроанализатора.The problem is solved in that the meter of the reference spectra of waves of the sea surface is made on the basis of a microwave generator operating in the frequency pull mode loaded on the wave section with a horn antenna at the end to irradiate the sea surface with a controlled degree of pollution and wave count; in the waveguide section, a directional coupler, an attenuator and a phase shifter are sequentially included; part of the generator energy through a directional coupler, made in the form of a short-circuited cut-off of the waveguide, is transmitted to the measuring path from a series-connected power regulator and a crystal detector located in the coupler, a charge amplifier, a tracking filter, a recorder and a spectrum analyzer.
Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:
фиг. 1 - функциональная схема устройства;FIG. 1 is a functional diagram of a device;
фиг. 2 - характеристика затягивания частоты СВЧ-генератора;FIG. 2 is a characteristic of pulling the frequency of the microwave generator;
фиг. 3 - примеры спектров пространственного волнения поверхности в зависимости от балльности а) - один балл, б) - три балла;FIG. 3 - examples of spectra of spatial waves of the surface depending on the scores a) - one point, b) - three points;
фиг. 4 - спектры волнения в зависимости от степени загрязненности в) - нефтяная пленка, г) - планктон, взвеси стоков прибрежных очистных сооружений.FIG. 4 - wave spectra, depending on the degree of pollution c) - oil film, d) - plankton, suspension of wastewater from coastal treatment facilities.
Функциональная схема измерителя фиг.1 содержит генератор СВЧ 1, нагруженный на волноводную секцию 2 в составе направленного ответвителя 3, аттенюатора 4, фазовращателя 5, рупорной антенны 6 на конце волновой секции. Часть энергии СВЧ-генератора 1 через направленный ответвитель 3 отбирается в измерительный тракт 7 в составе объемного резонатора 8 на базе короткозамкнутого отрезка волновода с помещенным вовнутрь регулятором мощности 9 и детектором 10 на кристаллическом диоде, усилителя зарядов 11, следящего фильтра 12, регистратора 13, спектроанализатора 14. Антенна 6 служит для облучения морской поверхности 15 на участке акватории 16. Загрязнения прибрежных акваторий морской поверхности 15 моделируются взвесями (планктон, ряска), нефтяными и масляными пленками в соответствии с программой испытаний.The functional diagram of the meter of figure 1 contains a
Динамика взаимодействия элементов измерителя состоит в следующем. В режиме затягивания частоты СВЧ-генератора достигается совмещение передающего и приемного трактов. Такие системы получили название автодинных. В автодинных системах автогенератор и объект образуют квазиединую систему, содержащую переменный параметр - меняющуюся длину радиолинии из-за волнения морской поверхности и фазы отраженного сигнала. На фиг. 2 представлено семейство кривых затягивания частоты твердотельного генератора СВЧ, выполненного на туннельном диоде Ганна Ф.225. При зондировании взволнованной морской поверхности изменяется длина радиолинии (Δl) и фаза отраженного сигнала The dynamics of the interaction of the elements of the meter is as follows. In the mode of tightening the frequency of the microwave generator, a combination of the transmitting and receiving paths is achieved. Such systems are called autodyne. In autodyne systems, the oscillator and the object form a quasi-integrated system containing a variable parameter - the changing length of the radio line due to sea surface waves and the phase of the reflected signal. In FIG. Figure 2 shows a family of frequency pull curves of a solid-state microwave generator made on a Gunn tunnel diode F.225. When probing an excited sea surface, the length of the radio line (Δl) and the phase of the reflected signal change
В результате происходит частотная модуляция генерируемого сигнала с девиацией частоты Δf:As a result, the frequency modulation of the generated signal occurs with a frequency deviation Δf:
Δf=ΔF⋅K⋅sinϕ;Δf = ΔF⋅K⋅sinϕ;
ΔF - паспортная характеристика прибора (коэффициент затягивания) для Ф.225 ΔF составляет ≈50 МГц.ΔF - passport characteristic of the device (tightening coefficient) for Ф.225 ΔF is ≈50 MHz.
- коэффициент отражения падающей волны от облучаемой поверхности. - reflection coefficient of the incident wave from the irradiated surface.
Посредством аттенюатора 4 и фазовращателя 5 выбирают рабочую точку на линейном участке характеристики затягивания фиг. 2. Спектр пространственных волн (герцовый диапазон) без искажений (линейно) переносится в область СВЧ.By means of the
Данный измеритель обладает высокими метрологическими характеристиками:This meter has high metrological characteristics:
- разрешение по амплитуде (высоте) волн - доли мм;- resolution of the amplitude (height) of the waves - a fraction of mm;
- разрешение по частоте - определяется техническими характеристиками следящего фильтра 12 [Паспортная характеристика следящего фильтра фирмы и Кjaer, Дания, полоса 1,5 Гц].- frequency resolution - determined by the technical characteristics of the servo filter 12 [Passport characteristic of the servo filter of the company and Kjaer, Denmark, 1.5 Hz band].
Часть энергии частотно-модулированного сигнала автогенератора отбирается из волноводного тракта 2 посредством направленного ответвителя 3 в измерительный тракт. Направленный ответвитель выполнен в виде щелевого моста [см, например, А.Л. Драбкин, В.Л. Зузенко «Антенно-фидерные устройства». М.: Сов. Радио, 1964 г., стр. 748-749, рис. ХIХ.44]. В измерительном тракте используют существующие технические средства фирмы и Къеr: аттенюаторы М-34706-2, усилители зарядов тип 2626, 2628, регистратор тип 2307, спектроанализатор СЧ-27.Part of the energy of the frequency-modulated signal of the oscillator is taken from the
Для оценки ветрового волнения (в баллах) используют шкалу Бофорта [см., например, Советский энциклопедический словарь. Под ред. A.M. Прохорова, 4-е изд., М.: Сов. Энцикл., 1089 г., стр. 1632]. To assess the wind waves (in points) use the Beaufort scale [see, for example, the Soviet Encyclopedic Dictionary. Ed. A.M. Prokhorova, 4th ed., Moscow: Sov. Encycl., 1089, p. 1632].
Извлечение из шкалы Бофорта представлено в таблице 1.Extract from the Beaufort scale is presented in table 1.
Зарегистрированные спектры ветрового волнения иллюстрируются графиками фиг. 3 а) - один балл, б) - три балла. В областях аномалий наблюдается выглаживание спектров ветрового волнения и поглощение мелкодисперсной ряби.The recorded wind wave spectra are illustrated by graphs of FIG. 3 a) - one point, b) - three points. In the regions of anomalies, smoothing of the wind wave spectra and the absorption of fine ripples are observed.
Аномалии наблюдаются в местах выхода внутренних волн на поверхность, кильватерных следах судов, при загрязнении поверхности нефтепродуктами, планктоном, ряской, взвесями и т.д., вследствие изменения коэффициента поверхностного натяжения от 0,071 н/м (чистая вода) до 0,021 н/м (нефтяная пленка).Anomalies are observed at the places where internal waves exit to the surface, wake traces of vessels, when the surface is contaminated with oil products, plankton, duckweed, suspensions, etc., due to a change in the surface tension coefficient from 0.071 n / m (pure water) to 0.021 n / m ( oil film).
Измеренные на модели спектры пространственного волнения загрязненной морской поверхности иллюстрируются фиг. 4 при балльности волнения 2 балла в) - нефтяная пленка, г) - взвеси.The spatial wave spectra measured on a model of a contaminated sea surface are illustrated in FIG. 4 with a point of
Эффективность заявленного технического решения характеризуется высокими метрологическими показателями, достаточными для создания базы эталонных сигналов, используемой при калибровке приборов аэрокосмического зондирования прибрежных акваторий и оценки степени их загрязнения.The effectiveness of the claimed technical solution is characterized by high metrological indicators, sufficient to create a base of reference signals used in calibrating aerospace sounding devices of coastal waters and assessing the degree of pollution.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016143745A RU2644628C1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Measurement of reference spectra of marine surface exploration |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016143745A RU2644628C1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Measurement of reference spectra of marine surface exploration |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2644628C1 true RU2644628C1 (en) | 2018-02-13 |
Family
ID=61227026
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016143745A RU2644628C1 (en) | 2016-11-08 | 2016-11-08 | Measurement of reference spectra of marine surface exploration |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2644628C1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709598C1 (en) * | 2018-12-25 | 2019-12-18 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС" | Sea surface contamination meter |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1446487A1 (en) * | 1987-05-14 | 1988-12-23 | Московский Лесотехнический Институт | Radio-frequency oscillation meter |
US4933678A (en) * | 1989-05-30 | 1990-06-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Method of detecting oil spills at sea using a shipborne navigational radar |
RU2485544C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-06-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method to determine abnormalities of sea surface |
RU2596628C1 (en) * | 2015-04-24 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС" (НИИ "АЭРОКОСМОС") | Method of determining contamination of sea surface |
-
2016
- 2016-11-08 RU RU2016143745A patent/RU2644628C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
SU1446487A1 (en) * | 1987-05-14 | 1988-12-23 | Московский Лесотехнический Институт | Radio-frequency oscillation meter |
US4933678A (en) * | 1989-05-30 | 1990-06-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Method of detecting oil spills at sea using a shipborne navigational radar |
RU2485544C1 (en) * | 2012-02-07 | 2013-06-20 | Федеральное государственное военное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Военный учебно-научный центр Военно-морского Флота "Военно-морская академия имени Адмирала Флота Советского Союза Н.Г. Кузнецова" | Method to determine abnormalities of sea surface |
RU2596628C1 (en) * | 2015-04-24 | 2016-09-10 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС" (НИИ "АЭРОКОСМОС") | Method of determining contamination of sea surface |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
Y.Yurovsky, M.Kosnik, V. Malinovsky, V. Dulov. Verification of the sea surface radar models from collocated radar observations and stereo-photo imaging. Proceeding of ISAP 2012, Nagoya, Japan. p.p. 600-603. * |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2709598C1 (en) * | 2018-12-25 | 2019-12-18 | Федеральное государственное бюджетное научное учреждение "Научно-исследовательский институт аэрокосмического мониторинга "АЭРОКОСМОС" | Sea surface contamination meter |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US11480510B2 (en) | Method and device for dynamically monitoring suspended matter based on annular interleaving array | |
US20160170023A1 (en) | Relative speed measuring doppler lidar | |
CN109102455B (en) | Defect detection method, detection image generation method, system and storage device | |
US20100290063A1 (en) | Millimeter wave sensor for far-field standoff vibrometry | |
US20180106765A1 (en) | Ultrasonic inspection technique to assess bond quality in composite structures | |
WO2017216942A1 (en) | Terahertz wave measuring device | |
RU2436130C2 (en) | Method and system for radar probing earth interior | |
RU2644628C1 (en) | Measurement of reference spectra of marine surface exploration | |
RU2718131C1 (en) | Method for radar measurement of sea vehicle (ship) hull vibration | |
CN113776565A (en) | Underwater Brillouin scattering spectrum measuring device and measuring method | |
Ivanov | On the synthetic aperture radar imaging of ocean surface waves | |
RU2563317C1 (en) | Method of acoustic monitoring of offshore parameters variability | |
RU2300781C1 (en) | Device for hydrometeorological observations of sea range water area | |
RU2503029C2 (en) | Method of detecting anomalies on water surface | |
RU2353954C1 (en) | Method for remote definition of medium characteristics of open water reservoir | |
Buszman et al. | Detection of floating objects based on hydroacoustic and hydrodynamic pressure measurements in the coastal zone | |
RU2376612C1 (en) | Method of hydrometeorological monitoring water body of sea test site and device to this end | |
Fuks et al. | A multifrequency scintillation method for ocean flow measurement | |
RU2529886C1 (en) | Detection method of oil films on water surface | |
RU2626573C1 (en) | Device for the contact measurement of electromagnetic parameters of thin films | |
Dolcetti et al. | An acoustic technique to measure the velocity of shallow turbulent flows remotely | |
RU2588612C1 (en) | Method for radar measurement of vibration of ship hull | |
RU2063106C1 (en) | Method for measuring noise-emission pressure level of moving object under sonar testing ground conditions with time-varying transfer function | |
RU2709598C1 (en) | Sea surface contamination meter | |
RU2630412C1 (en) | Method of remote determination of sea current speed |