SU1638629A1 - Способ определени скорости перемещени неоднородностей параметров гидрофизических полей верхнего сло океана по ходу судна - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к океано- графическим измерени м и может быть использовано дл  определени  по ходу судна скорости перемещени  неодно- родностей параметров гидрофизических полей. Целью изобретени   вл етс  повышение точности. При буксировании плавучих оснований 6 с датчиками 1 и 2 и включении электродвигател  ле- бедки 8 шкив лебедки, враща сь, перет гивает трос 7 со скоростью Va относительно судна. В результате датчики 1 и 2 перемещаютс  со скорост ми V{ Vc + Va - V0 - Vj, где Vc - скорость судна. В момент, когда

Description

Изобретение относитс  к океано графическим измерени м и может быть использовано дл  определени  по ходу судна скорости перемещени  неодно- родностей параметров гидрофизических полей (температуры, электропровод ности и т.д.).

Целью изобретени   вл етс  повьг шение точности

Способ основан на том, что изме- ренный в фиксированной точке пространства частотный спектр S (fi)) св зан с пространственным спектром

(р(К) соотношением

S(G (K) ;()

W - U-К,(2)

где СО циклическа  частота; К - волновое число| U - скорость перемещени  неодно- 35

родностей

В случае, если измерени  провод тс  движущимс  со скоростью V измерителем , то кажуща с  частота регистрируемых им неоднородностей40

Q К (U + V).(3)

Если измерени  осуществл ютс  двум  датчиками, движущимис  со скорост ми V, и V2 относительно неподвижной системы координат, то уровни спект ральной плотности флуктуации, изме- . р емые первым и вторым датчиками на частоте $ , определ ютс  выражени ми:

s(20) - (и + v,)-y(Kf),

где К, Q0/U + Vt ;(4)

Sa(Qo) (U + V2)-9(K2), где K2 + V2.(5)

Спектры волновых чиселУСК) на интервале К К . Кг, соответствующем мелкомасштабным фпуктуаци м, можно аппроксимировать как

ф(к)

к

(6)

где значени  показател  степени п удовлетвор ют неравенству 1 п 3; А - размерный множитель Из (4), (5) и (3) следует, что

V°° u + M-A-KV A-Q-0n(u + v,)1 ,

-Ч I . ТГ V1-H

П+1

+ V2

4Э

(7) (8)

S2() (О + Уг)-А-Гг откуда получаем

lg S(Q0) - lg 8г(й0) - (n-M)lg(U+V4) - lg(U+V2) .(9)

MIK

.. V, - V,-10f

и . W-ZT ,

где показатель степени Р

ls s«J jjLi-iS- ssM

n + 1

Выражение (10)  вл етс  основным выражением дл  расчета скорости U. Все вход щие в него величины задают+ v,)1 ,

. ТГ V1-H

П+1

+ V2

(7) (8)

с  или измер ютс  Значение показател  степени п определ етс  по виду частотного спектра S,(Q), так как он аппроксимируетс  выражением, аналогичным (6) 8;(Я) ВО поскольку Q и К св заны между собой линейным соотношением (3).

Буксирование двух датчиков в параллельных плоскост х на одинаковой глубине с различными посто нными скорост ми относительно неподвижной

системы координат позвол ет вычис- лить скорость перемещени  неодно- родностей гидрофизических полей в направлении движени  судна по выражению (10).

На чертеже изображена схема уст- ройства дл  выполнени  предлагаемого способа.

Устройство содержит датчики I и 2 с измерительными схемами 3 и 4 соответственно, в качестве которых могут быть использованы датчики с измерительными схемами поверхностных измерителей температуры Выходы измерительных схем 3 и 4 соединены с отдельными входами вычислител  5, В качестве вычислител  может быть использована миниЭВМ Дл  обеспечени  неизменной глубины буксировки в верхнем слое океана (0,2-0,3 м) дат- чики I и 2 могут быть закреплены на плавучих основани х 6, в качестве которых могут быть использованы любые обтекаемые формы или глиссирующие плавучие основани  Плавучие основани  соединены между собой тросом 7, который заведен петлей на шкив реверсивной лебедки 8, установленной на бортовом выстреле 9 Длина бортового выстрела выбрана достаточной, чтобы вывести датчики из турбулентного следа судна, и в зависимости от размеров и обводов судна равна 5- 10 м На конце выстрела 9 установлен концевой выключатель 10, имеющий две пары контактов Одна пара контактов подключена к цепи управлени  реверсом лебедки 8, а втора  пара - к отдельному входу вычислител  5

На тросе 7 на равных рассто ни х от плавучих оснований 6 закреплены ограничители 11 перемещени  Рассто ние от датчиков 1 и 2 до ограничителей 1 1 выбираетс  минимальнык, при котором датчики устойчиво движутс  на заданной глубине 0,2-0,3 м. Ограничители 11 перемещени  установлены так, что при приближении к концу выстрела одного из них они воздействуют на рычаг концевого выключател  10.

Скорость судна может быть рассчитана вычислителем 5 по данным навигационной системы Станци  навигационной системы 12 подключена к отдельному входу вычислител  5 Выходы измерительных схем 3 и 4 и навигационной системы 12 подключены к вы-

числителю через аналого-цифровые преобразователи АЦП (не показаны).

Устройство работает следующим образом

При буксировании плавучих оснований 6 с датчиками I и 2 и включении электродвигател  лебедки 8 шкив лебедки , враща сь, перет гивает трос 7 со скоростью Vg относительно судна, в результате чего датчики 1 и 2 начинают перемещатьс  со скоростью Vn: один - вперед, другой - назад относительно судна. При этом скорость перемещени  датчиков в неподвижной системе координат

V Vc

+ V,

v2 vc V ,

г

9

5

0

5

0

5

0

5

где vc - скорость судна,

В момент, когда один из ограничителей 11 замкнут концевой выключатель 10, сигнал о замыкании одной пары контактов до ступает в станцию управлени  лебедкой 8, котора  формирует сигнал реверса лебедки Датчики начинают двигатьс  в обратном направлении Одновременно сигнал о замыкании второй пары контактов поступает на отдельный вход вычислител  5«

Способ включает следующие операции , выполн емые по ходу судна

В зависимости от скорости буксировки и заданной достоверности оценки разности частотных спектров параметров определ ют необходимую скорость Vn перемещени  датчиков относи тельно судна. Обспечивают требуемую скорость V регулировкой скорости вращени  шкива лебедки и подбором диаметра шкива. Устанавливают датчики 1 и 2 на основани х 6 Трос 7 завод т на шкив реверсивной лебедки 8 Прикрепл ют плавучие основани  6 к концам троса 7 На равных рассто ни х от плавучих основании 6 на тросе 7 креп т ограничители 11 перемещений. Устанавливают на конце бортового выстрела 9 реверсивную лебедку 8 и концевой выключатель 10. Устанавливают бортовой выстрел в носовой части судна , опускают основани  6 иг воду. Включают реверсивную лебедку 8 По данным станции вычисл ют скорость движени  судна. Измер ют с помощью датчиков 1 и 2 с измерительными схемами 3 и 4 флуктуации гидрофизического параметра движущимис  датчиками. По сред-

ством вычислител  5 рассчитывает спектры флуктуации S,(2) и S2(Q) гид рофизического параметра Вычисл ют скорость U перемещени  неоднородное тей параметра в направлении движени  судна по выражению (10), учитыва , что V, Vc + Vg; Vz Vc - V.

Дл  корректного определени  значе ни  параметра Р необходимо, чтобы разность уровней спектральных плотностей на частоте QQ превышала их доверительный интервал.

Сравнива  (7) и (8), можно определить , во сколько раз спектральна  плотность сигнала одного датчика выше спектральной плотности сигнала другого датчика. Характерные ско- рости перемещени  неоднородностей, обусловленных короткопериодными внутренними волнами, лежат в диапа- зоне 0,5 м/с. Поскольку спектры температурных флуктуации имеют на- клоны в пределах от 1 до 3, в примере конкретного выполнени  целесообразно прин ть п .2 При скорост х V и V2, равных соответственно 4 и 2,5 м/с, согласно (10) и(Н) при п 2 оказываетс , что S, (Q0)/S2 (Q0) 2,9-3,4. Доверительный интервал 1,5 с 95%-ной обеспеченностью достигаетс  при 50., .т.е. при m 9. Дл  получени  спектральных оценок с указанным доверительным интервалом

8,0в)/8а«у (U + Vc + V0)/(U + Vc - Vg)3.

Дл  данного числового примера принимаем S, ((Я0)/8г() Зо Соответственно Р согласно (П) равно 0,16. Частота 520 выбираетс  из услови  бли зости к ожидаемой кажущейс  частоте внутренних волн при данной скорости движени 

Подставл   указанные значени  V, V и Р в (10), получаем U 0,89 м/с.

формула изобретени 

:1. Способ определени  скорости перемещени  неоднородностей парзмет- ров гидрофизических полей верхнего сло  океана по ходу судна, заключающийс  в том, что буксируемым с посто нной скоростью V, параллельно курсу судна датчиком измер ют частотный спектор флуктуации гидрофизического параметра S((Q), отличающийс  тем, что, с целью повышени  точности одновременно буксируют

0

5

0

достаточно N 500 при га 25. Продолжительность записи соответственно равна произведению N на дискретность измерений

Пусть внутренн   волна имеет период 5 мин. При движении датчиков навстречу волне ее кажущийс  период уменьшаетс  (эффект Доплера) и в данном случае в среднем составит примерно 40 с. Дискретность измерений можно выбрать равной 2 с, тогда продолжительность одного сеанса измерений составит 1000 с.

Если судно движетс  со скоростью 3,25 м/с (или 6,5 узлов), то задава  скорость вращени  шкива лебедки и/или подбира  диаметр шкива, обеспечивают скорость перемещени  датчиков относительно судна 0,75 м/с. Это соответствует собственным ско- .рост м движени  датчиков в неподвижной системе координат, равным 4 и 2,5 м/с

Обоими датчиками измер ют флуктуации гидрофизического параметра и по этим флуктуаци м рассчитываютс  спектры Если собственные спектры флуктуации измер емого параметра пропорциональны то отношение спектральных плотностей, рассчитанных по данным измерений первого и второго датчиков на некоторой частоте , равно:

второй датчик, идентичный первому, на той же глубине, параллельно курсу судна с другой посто нной скоростью V2 и измер ют на этой скорости частотный спектр SZ(Q) флуктуации гидрофизического параметра вторым датчиком , а скорость U перемещени  неоднородностей определ ют из выражени 

f i - v - i

и

Vj - V2- 10

где показатель степени

Р

Is.LiiSL:-is..§ii2i

п « 1

п - наклон спектра в окрестности частоты С о.

2. Способ по , отличающийс  тем, что буксировка датчиков с различными скорост ми осуществл етс  путем дополнительного перемещени  датчиков в противоположных направлени х параллельно курсу судна.

Claims (2)

1. :1. Способ определения скорости перемещения неоднородностей парамет— 50 ров гидрофизических полей верхнего слоя океана по ходу судна, заключающийся в том, что буксируемым с постоянной скоростью , параллельно курсу судна датчиком измеряют частот—55 ный спектор флуктуаций гидрофизичеедкого параметра S₍(<2), отличающ и й с я тем, что, с целью повышения точности, одновременно буксируют + V_g)/(U + v_c - V_g)J\

   I второй датчик, идентичный первому, на той же глубине, параллельно курсу судна с другой постоянной скоростью V₂ и измеряют на этой скорости частотный спектр S_Z(Q) флуктуаций гидрофизического параметра вторым датч:гком, а скорость U перемещения неоднородностей определяют из выражения „ yj-Vz-10^{P и =} 7όΡ-Γ где показатель степени р ₌ IS-S-iiSS-Z-lS-Ss-te) η + 1 η - наклон спектра в окрестности частоты <2о·
2. 2. Способ по:π.1, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что буксировка датчиков с различными скоростями осуществляется путем дополнительного перемещения датчиков в противоположных направлениях параллельно курсу судна.