Способ определения толщины морского льда

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИК 3 95 я 5 6 ЕТЕНИ ПИСАН АВТОРСКОМ ЗОБ ВИДЕТЕЛ ЬСТВ ОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНВЕДОМСТВО СССРГОСПАТЕНТ СССР)(71) Рижский Краснознаменный институтинженеров гражданской авиации им. Ленинского комсомола(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ТОЛЩИНЫМОРСКОГО ЛЪДА Изобретение относится к области измерения толщины слоистых сред дистанционными методами с помощью радиолокационных устройств и может быть использовано для измерения толщины льдов, высоты снежного и растительного покровов,Известны способы определения толщины морского льда, заключающиеся в излучении зондирующих сигналов в направлении льда, приеме отражсннцх сигналов, обработке сигналов с целью выделения информации о временной задержке распространения радиоволн во льду 1 и определении толщины и льда по этой задержке при известной скорости ч распространения радиоволн во льду= ч Ь 1/2.Целью настоящего изобретения является повышение точности измерений,1818607 А 1(57) Использование: в радиолокационных измерениях для определения толщины льда, высоты снежного и растительного покровов. Сущность изобретения: способ определения толщины морского льда заключается в излучении электромагнитных зондирующих импульсов метрового диапазона в направлении льда в ортогональных плоскостях поляризации, приеме отраженных сигналов в тех же плоскостях поляризации, объединении сигналов обеих поляризаций и измерении для объединенного сигнала временного интервала, по которому определяют толщину льда. 2 ил,Сущность предлагаемого способа иллюстрируется с помощью временных диаграмм на фиг,1,Реализации 31(т) и 32(т) представляют собой сигналы на выходах приемников каналов с ортогональной поляризацией отраженных сигналов. Здесь первые, большие по амплитуде импульсы есть прямые сигналы, попадающие из передающей антенны в приемную и по временному положению практически соответствующие моменту излучения зондирующих сигналов с ортогональными поляризациями ти, Вторые сигналы, меньшие по амплитуде, представляют собой сигналы, отраженные от морского льда и детально представленные реализациями Яз(т) и 34(т)(фиг.1). Время прихода отраженных сигналов нотр относительно момента излучения азиз соответствует времени распространения электромагнитных волн от передающей антенны до повер 1818607хности льда и обратно до приемной антенны.Отраженные от льда сигналы Зз(т) и З 4(т) состоят из двух отражений: первого сигнала, отраженного от верхней границы льда Я(т), и второго сигнала, отраженного от нижней границы льда Ян(т). Временной интервал между сигналами Яв(т) и Ян(1) Лт пропорционален толщине льда и.При зондировании льда; не обладающего свойством анизотропии, амплитуды импульсов З(т) и Ян(т) одинаковы для ортогональных поляризаций зондирующих, а следовательно, и отраженных сигналов Яз(т) и З 4(т), а временной интервал между ними идентичен, В случае, когда осуществляется зондирование морского льда, обладающего свойством анизотропии, наблюдается следующее, Если первые импульсы Яв(1), отраженные от верхней границы льда, одинаковы по амплитуде и еовпадают по времени прихода, то вторые отраженные от нижней границы льда импульсы Ян(1) имеют разные амплитуды и отличаются по времени прихода. Это связано с тем, что ориентация кристаллов в верхних слоях льда иэотропна, средние же слои льда и особенно нижние содержат кристаллы льда, имеющие преимущественную ориентацию,При радиолокационном зондировании . линейно поляризованными сигналами ориентация вектора поляризации зондирующего сигнала относительной осей анизотропных кристаллов льда оказывается случайной. Возможно как благоприятное взаимное расположение вектора поляризации и осей кристаллов льда, так и неблагоприятное. В результате экспериментальных исследований, проводимых авторами в течении нескольких последних лет на припай-. ных и дрейфующих льдах в Арктике, установлено, что когда поляриэацияэондирующего сигнала неблагоприятная, то наблюдается уменьшение амплитуды сигнала Зн(т) и уменьшение временного интервала Ьй. При этом имеется определенная корреляционная связь между амплитудой сигнала Ян(1) и изменением его временного положения, а следовательно и значением временного интервала Л 1. При благоприятной ориентации вектора поляризации зондирующего сигнала амплитуда импульса, отраженного от нижней граНицы льда, максимальна, а его временное положение соответствует расположению Ян(т) для случая зондирования льда, не обладающего свойством анизотропии. Указанные особенности сигналов предполагают возможность повышения точности измерения толщины льдов, обладающихсвойством анизотропии, путем использова 5 ния ортогонально поляризованных зондирующих сигналов и объединенияотраженных сигналов, полученных на выходах приемников ортогонально поляризованных каналов. Объединение при этом10 может осуществляться как путем простогосуммирования отраженных сигналов, так ис учетом взаимокорреляционной связи амплитуд Зн(с) и значений временного интервала Ьс в ортогональных каналах.15 Последовательность операций осуществления предлагаемого способа следующая:- излучаются ортогонально поляризованные зондирующие импульсы в направлении льда;20 - отраженные от ледового покрова сигналы принимаются с помощью ортогонально поляризованных антенн и приемников втех же плоскостях поляризации;- производят объединение выходных25 сигналов приемников для ортогональныхполяризаций;- измеряют для объединенного сигналавременной интервал между импульсами, отраженными от границ льда;З 0 - пересчитывают измеренное значениевременного интервала т между импульсами, отраженными от границ льда, в толщинульда и по формуле1 =чйт)2,З 5 где ч - скорость распространения радиоволн во льду.Реализация предлагаемого способа приобъединении отраженных ортогонально поляризованных сигналов путем суммирова 40 ния основана на том физическом свойстве,что временной сдвиг сигналов от нижнейграницы морского льда для случаев благо.приятной и неблагоприятной поляризацийне превышает длительности главного мак 45 симума отраженного сигнала. При этом опроцессе суммирования отраженных сигналов Зз(т) и З 4(й) результирующий сигнал Я 4(т)будет определяться большим по амплитудеи более "точным" по временному положе 50 нию отраженным сигналом с благоприятнойполяризацией.Реализация заявляемого способа приобъединении отраженных сигналов ортогональных поляризаций, например путем их55 суммирования, поясняется с помощью устройства, представленного на фиг.2.Устройство содержит синхронизатор 1,соединенный с двумя передатчиками 2 и 3,две передающие антенны 4 и 5, подключен.ные к выходам передатчиков; две приемныеантенны 6 и 7, подключенные ко входамприемников 8 и 9 соответственно. С выходов приемников 8 и 9 отраженные сигналыпоступают на входы сумматора 10, а с его 5выхода на измеритель временных интервалов 11. Значение временного интерваламежду импульсами, отраженными от границльда, для объединенного сигнала поступаетна масштабный преобразователь 12, обеспечивающий преобразование значения временного интервала в толщину льда,Последовательность операций осуществления предлагаемого способа в данномварианте технической реализации следующая:- зондирующие импульсы с выходов запускаемых синхронизатором 1 передатчиков 2 и 3 излучаются с помощьюортогонально поляризованных антенн 4 и 5 20в направлении льда;- отраженные от ледового покрова сигналы принимаются с помощью ортогонально поляризованных антенн 6 и 7 иприемников 8 и 9; 25- производят суммирование выходныхсигналов приемников 8 и 9 для ортогональных поляризаций с помощью сумматора 10;- измеряют для объединенного сигналавременной интервал между импульсами, отраженными от границ льда;- пересчитывают измеренное значениевременного интервала Лс между импульсами, отраженными от границльда, в толщинульда и по формуле 35и =чйт 12,, где ч. - скорость распространения радиоволн во льду.Предлагаемый способ приданном варианте технической реализации по сравнениюс прототипом обладает следующими преимуществами;1. Позволяет снизить мощность зондирующих импульсов на 35 дБ. 40Способ определения толщины морскогольда, заключающийся в излучении электромагнитных зондирующих импульсов метрового диапазона в направлении льда, приеме отраженных импульсов, измерении времен ного интервала Ьт между импульсами, отраженными от границ льда, и пересчете временного интервала в толщину льда й по формуле и = чА/2, где ч - скорость распространения радиоволн во льду, отл и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышенияточности измерений, зондирование производят в ортогональных плоскостях поляризации, принимают отраженные сигналы в тех же плоскостях поляризации, объединя ют сигналы обеих поляризаций и для объединенного сигнала производят измерение временного интервала Ь 1 между импульсами, отраженными от границ льда. Рассмотрим на примере.Пусть амплитуда сигнала Я(т) равна 1 В. Тогда значения Ян(1) для ортогонально поляризованных сигналов в случаях благоприятной и неблагоприятной поляризаций составит 0,3 и 0,12 В (результаты экспериментов), При суммировании сигналов для ортогональных поляризаций Я 8(т) и Ян(1) будут равны, соответственно, 2 и 0,42 В. Необходимый потенциал радиолокационного измерителя толщины морского льда, а следовательно и мощность зондирующих сигналов определяются амплитудой сигнала, отраженного от нижней границы льда. При суммировании отраженных сигналов для ортогональных поляризаций амплитуда Ян(1) больше Ян(й) в случае зондирования линейно поляризованным сигналом при неблагоприятной поляризации в 3.5 раза. Учитывая, что при зондировании ортогонально поляризованными сигналами мощность излучения удваивается, окончательный выигрыш в потенциале составит 1.7-1.8, что позволит снизить мощность передатчика на 5 дБ.2. Позволяет снизить погрешность измерения толщины морского льда, связанную с анизотропией его электрофизических свойств, Возможно снижение максимальных погрешностей (по результатам расчета на модельных сигналах) с 8 до 5.Указанные преимущества предлагаемого способа позволяют повысить точность измерения толщины морского льда, а возможно, и других слоистых сред, обладающих свойствами анизотропии, снизить требования к энергетическим характеристикам передатчиков радиолокационных устройств, предназначенных для зондирования таких сред,Применение в народном хозяйстве радиолокационных устройств, реализующих предлагаемый способ, позволит получить зкономический эффект, Это связано с тем, что предлагаемый способ позволяет повысить эффективность дистанционных радиолокационных методов измерения толщины морского льда, широко использующихся в настоящее время в Арктике при проводке судов, продлении навигации, ледовой разведке и т.п,Формула изобретенияфиг 1 Составитель А,ПешкоТехред М.Моргентал Редактор орректорО.Густ оизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарин акаэ 1937 Тираж Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва,Ж, Раушская наб., 4/5