Способ определения пространственного спектра морского волнения

союз советскихСОЦИАЛИСТИЧЕСКРЕСПУБЛИК А 1 01 С 13/ 151) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ ГОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИПРИ ГКНТ СССР(71) Одесский гидрометеорологический институт(72) А.Е,Филонов, К.В,Коняев и К.Д.Сабинин (56) 1. Лонге-Хиггине. Статистический анализ случайной движущейся поверхности, кн. Ветровые волны, М. Иностранная литература, 1962, с,125-218.2, ВагЬег М.Е, ТЬе ггессопа гезоипд роннег оГ ап аггау о 1 банане Оетестогэ ( и Осеап )Иане Ярестга). 1961, Епденноог СОГз, М,т,: Ргеп 1 се - На, пс. рр, 137-150. Изобретение относится к океанологии и может быть использовано для исследования полей внутренних и поверхностных волн и связанных с ними акустических явлений в океане.Известен способ определения пространственного спектра морского волнения, заключающийся в измерении в последующие моменты времени, с помощью свободно плавающего буя, возвышений морской поверхности и двух ее уклонов по ортогональным направлениям и определении по ним пяти коэффициентов разложения пространственного спектра в двумерный ряд Фурье 11, Однако этот способ, позволяющий получить параметрический пространственный спектр, имеет невысокую точность из-за малого числа коэффициентов разложения, с помощью которых он аппроксимируется. и, кроме того, он(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРОСТРАН. СТВЕННОГО СПЕКТРА МОРСКОГО ВО) НЕНИЯ(57) Область использования: океанология, для исследования полей поверхностных и внутренних волн и свяэ:анне.х с ними куг ческих явлений в окезь СуЦность и:,Л тения: в морской роде установя:.Р.,": датчики с воэможностью их свобо.;.н " дрейфа друг относительно друга, Пос :-,о вательно принимают сигналы от эти д. ков и одновременно с приемом опр,дл .: их взаимное про)ранственное положе,: А при обработке реэулыатов измерений путем 1 релмерноо преобразования Фур . учить вают изменения взаимного прос) рэн ственного положения датчиков, 1 ил не может быть применен для определения пространственного спектра внутренних, - а волн.Наиболее близким по сущности к изо-,( бретению является способ определения (") пространственного спектра морского волнения, заключающийся в измерении сигналов разнесенных в пространстве датчиков и их фиксированных координат и нахождении спектра путем трехмерного преобразования Фурье (2), Недостатком известного способа является ограниченный диапазон - а волновых чисел, для которых пространственный спектр морского волнения определяется достоверно. Это связно с тел, по датчики, расставленные в фиксированных точках пространства образуют антенну с хорошей избирательностью в ограниченнол 1 диапазоне волновых чисел (длин и направлений), Избирательность антенны дат:и",плрезко снижается, если расстояния между ними (база) в 10 - 15 раз меньше длины регистрируемых волн. Пространственный спектр морского волнения достаточно широк, Ветровые волны имеют длины от нескольких до сотен метров, а внутренние - от сотен метров до километров. Поэтому, используя антенну датчиков разнесенных в фиксированные точки пространства, практически невозможно с достаточной точностью вести определение пространственного спектра во всем возможном диапазоне морского волнения, Для достижения приемлемой точности в определении пространственных параметров волнения базу датчиков нужно было бы уменьшать или увеличивать, т.е. антенну датчиков пришлось бц перенастраивать для оптимальной регистрации параметров волнения в заданном диапазоне волновых чисел, что технически не осущест. вимо в морских условиях.Целью изобретения является расширение диапазона определения пространственного по волновым числам спектра морского волнения с одновременным повышением точности.Поставленная цель достигается тем, что в известном способе пространственный спектр морского волнения определяют по последовательно измеряемым сигналам разнесенных в пространстве датчиков и их взаимнцм координатам путем трехмерного преобразования Фурье, датчики отпускают в свободный дрейф так. что их взаимное положение может меняться, при этом взаимные пространственные координаты датчиков измеряют последовательно, одновременйо с измерением их сигналов, а затем определяют искомый пространственный спектр.Предлагаемый способ отличается от из-вестных тем, что датчики располагают с возможностью их свободного дрейфа друг относительно друга, одновременно с приемом сигналов от датчиков определяют их взаимное пространственное положение, а при обработке результатов измерений учитывают изменение взаимного пространственного положения датчиков, что позволяет повысить точность способа. На чертеже представлена схема реализации способа. Дрейфующие точки 1, 2 и 3 представляют собой волнографы, снабженные датчиками для измерения возвышений волновой поверхности, например датчиками для измерения давлений слоев воды. Кроме этого, волнографы снабжены радиопередатчиками и зеркальными отражателями для передачи сигналов о колебанияхслоев воды и отраженных световых сигналов на борт судна, на котором имеется лазерная система пеленгации волнографов 4.Предлагаемый способ определения пространственного спектра морского волнения осуществляют следующим образом. Измерения ведут системой из трех разнесенных в пространстве волнографов, снабженных датчиками давления вибротронного типа, радиопередающими устройствами и зеркальными отражателями. Волнографы отпускают в свободный дрейф, при этом возвышения и координаты волнографов определяют одновременно, для чего используют установленные на судне и сопряженные с ЭВМ систему йриема радиосигналов от дрейфующих буев и высокоточную систему их лазерной пеленгации.Координаты датчиков, которые отпускают в свободный дрейф с судна, определяют в заданные моменты времени, для этого по отраженным световым сигналам измеряют пеленги а 1, а 2, аз, а также расстояния г 1, г 2, гз до каждого датчика, по которым находят значения пространственных координат Х 1 и У 1 каждого 1-го датчика,Расстояния между свободно дрейфующими датчиками изменяются медленно, и поэтому возвышение волновой поверхности и координаты датчиков определяют одновременно, через заданные промежутки времени, что позволяет получить достаточно частую и протяженную по временной и пространственной координатам сетку отсчетов возвышений волновой поверхности, по которым сначала вычисляют амплитудный спектр) - номер текущего отсчета по пространственным (Х, У) и временнойкоординатам;1= Й;л= 3,1415926;(Х, У 1, т 1) - возвышение волновой поверхности в точке с координатами Х, У, т,К- проекции волнового вектора наортогональные оси;1 - циклическая частота;к - волновой вектор;(2) Н.Филоноргентал Составите Техред М ректор И,М дактор Т,Никольск Тираж Подписноеосударственного комитета по изобретениям и открытиям и 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 аказ 317 ВНИИ СССР венно-иэдательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул.Гагарина Прои 1-М 1 3 и О, где 0 - угол междунаправлением на север и направлениемвектора,а затем вычисляют энергетический спектр: по которому определяют координаты спектральных пиков в (К 1, 1) - объеме и по ним 10находят длину Л), направление р каждой1-й волны с частотой б) по формулам: Я,: , р = агстя. (3) 15 1ЬНапример, возвышение волновой поверхности и координаты волнографов опре-. деляют в течение 30 мин с дискретностью 0,25 с. Затем по программе, реализующей 20 алгоритм вычислений по формулам (1) и (2), на Э ВМ вычисляют трехмерный энергетический спектр 6 (К . т). Например, волновое поле содержало две волны, поэтому спектр имел два максимума спектральной плотно сти на частотах 1 = 0,12 цикл с и 12 = 0,14 цикл с, которым соответствовали волновые числа К = - 0,0041 цикл м,= 0,0085 цикл м и с 2 = - 0,0125 цикл м,2 = 0,0015 цикл м . По формулам (3) вычисляют дли ны и направления этих волн: Л) = 106 м. р)=331 град и Л 2 =79 м, рг =279 град,По известному способу для приведенного примера вместо двух с разными длинами и направлениями распространения определена одна волна с частотой 1 = 0,13 цикл с и Л =98 м, р =312 град.Таким образом, при использовании предлагаемого способа повышается точность определения пространственного спектра морского волнения,Фо рмул а изобретен и я Спбсоб определения пространственного спектра морского волнения, включающий установку в морской среде датчиков, последовательный прием сигналов от этих датчиков и обработку результатов измерений с учетом взаимного пространственного положения датчиков путем трехмерного преобразования, Фурье, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности, при установке в морской среде датчики располагают с возможностью их свободного дрейфа друг относительно друга, одновременно с приемом сигналов от датчиков определяют их взаимное пространственное положение, а при обработке результатов измерений учитывают изменения взаимного пространственного положения датчиков,