Способ измерения параметров морских волн

133 б 13 Класс 42 с, 26 а 1 САНИЕ ИЗОБР Н АВТОРСНОМУ СВИДЕТЕЛЬ дписная группа1. Н. Дерюгин и Г. Х. Фри н ПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ МОРСКИХ ВОЛН явлено 16 марта 1960 г. за659140126 в Комите открытий при Совете Министрово делам изобретенийСР убликовано в Бюллетене и бретений22 за 1960 поверхность является строго периодидом) 1. (фиг, 1). В точке А находится ские радиоволны с длиной волны 1, едуемой поверхности. При отражении ой ее облученной точке возникает расенных (сплошные линии со стрелками Пусть облучаемая волновая ческой с длиной волны (или пери излучатель, испускающий сферич сравнимой с длиной волны Е иссл радиоволн от поверхности в кажд ходящийся поток зеркально отраж Известны способы измерения параметров морских волн при помощи установленных на некоторой высоте над поверхностью моря импульсного излучателя и приемника, снабженного осциллографическим указателем. Однако на результаты измерений подобными способами оказывает влияние изменение высоты расположения радиоаппаратуры на% взволнованной поверхностью в процессе излучения. Поэтому требуется особая направленность излучателя и его стабилизация в пространстве.Для устранения указанных недостатков предлагается взволнованную поверхность моря облучать радиоволнами, имеющими длину волны одного порядка с длиной морской волны. О длине морских волн судят по отношению времен запаздывания относительно зондирующего импульса максимумов двух эхо-сигналов, один из которых отражен вертикально от взволнованной поверхности моря, а другой - под некоторым острым углом. Высоту волн определяют по отношению амплитуд указанных эхо-сигналов и времени их запаздывания относительно зондирующего импульса. Определение процентного содержания волн различного периода производят на основе анализа формы эхо-сигналов, отраженных от волновой поверхности.На фиг. 1 показано измерение параметров морских волн при строгой периодичности волнующей поверхности; на фиг. 2 - то же, при отклонении от строгой периодичности; на фиг. 3 - схематически изображено расположение импульсов на экране осциллографического устрой- ствана фиг. 1) и расходящийся поток диффракционно отраженных радио.волн (пунктирные линии со стрелками на фиг, 1).Диффракционное отражение общеизвестно периодичностью поверхности и направление его распространения зависит как от угла падения , так и от длины волны 1, поверхности:яиц =аПв+Игде и==1, +2, порядок диффракционного отраженияВсегда один из диффракционных лучей, отраженный, например, вточке В обязательно пройдет через точку А. Условием такого строгогообратного отражения служит равенство- р.Отсюда следует связь между углом паденияи относительной дли 1,ной волны - поверхности,при котором имеет место строго обратное дифи Лфракционное отражение порядка и; ли= -- , - , и - 1, - 2, .С другой стороны, если применить импульсный режим работы излучателя в точке А, уголсвязан с временем 1 запаздывания импульса,отраженного в точке В, и временем й запаздывания импульса, отражеч 2 Я 1ного в точке С (фиг, 1), соотношением1, 2 Н совргде Р - расстояние от излучателя до отражающей точки В; Н - высота излучателя над исследуемой поверхностью.При этом время отсчитывается от максимума зондирующего импульса до максимумов отраженных импульсов эхо-сигналов. Отсюда получается искомая связь между относительным запаздываниемоЕ 1 и относительной длиной волны - поверхности:1 1 - ( -- )2а= - 1, - 2,Чтобы исключить многозначность, целесообразно выбирать длинурадиоволны Р. в пределах 1, ( Л (21 тогда будет осуществлятьсятолько диффракционное отражение порядка и - 1. В этом случае,1Р- )., 2 ЕЗаметим, что в точку А приходят отражения только из точки В и С,так как радиоволны, диффракцированные и зеркально отраженные издругих точек в нее не попадают,Таким образом, если расположить в точке А импульсный передатчики приемник, то, измеряя время запаздывания импульсов, отраженных вточках В и С, относительно зондирующего импульса, можно определитьдлину волны А взволнованной поверхности,Определить высоту волны Ь можно по отношению амплитуд имЕпульсов ( -), отраженных соответственно точками В и С. Это отноЕ,шение связано с длиной радиоволны, высотой волны Ь исследуемойповерхности и углом падения р известным из теоремы диффракции волнРеальная волновая поверхность (например, взволнованная поверхность моря), не являясь строго периодической, изменяет форму эхо-си;налов, отраженных от нее. Характер этого изменения можно уяснить изследующих соображений, Пусть отклонение от строгой периодичностиЛЕхарактеризуется величиной относительного изменения длины волныЕповерхности. Так как любой непериодический процесс представляет собой наложение в определенных соотношениях периодических процессовсо всевозможными наборами периодов, то на каждом значительном (посравнению с У.) участке поверхности имеется периодичность не толькос длиной волны Е, но и с длиной волны 1. - 1 Поэтому в точку А придут отражения как из точки В, так и из некоторой точки В, близко расположенной к В (см. фиг. 2). Диффракцированная радиоволна из точкиВ будет соответствовать поверхности с длиной волны 1 а из В - с длиной волны 1. - Л 1,.При этом следует иметь в виду, что как в В, так и в В имеется периодичность с длинами волн . и Е - Л, но при этом диффракцировачная радиоволна, соответствующая длине морской волны Е - Ь. из точкиВ не попадет в А Аналогично из В диффракцированная радиоволна,соответствующая длине морской волны 1., также не попадет в А.В связи с тем, что в А теперь приходят отражения из двух точек(точнее от всего участка ВВ), отраженный импульс увеличится по длительности на некоторую величину И, зависящую от степени отклоненияЬЕот непериодичности, Величина расширения отраженного импульсаМ может быть приближенно оценена путем дифференцирования уравнения (2): - =--о о о ЕТаким образом, отраженный импульс несколько расплывается, какЬ 1показано на фиг. 3. При этом расширение (размытость) импульса -оотражает реальное состояние измеряемой поверхности. По величинеразмытости импульса можно приближенно оценить спектральный составизмеряемой взволнованной поверхности моря, т. е. процентное содержание волн разной длины. Положение максимума отраженного импульсав ) соответствует длине волны поверхности моря.оТаким образом, предлагаемый способ позволяет не только определиь средние значения длины и высоты морских волн, но и дает информацию о характере разброса этих величин.Поскольку предлагаемый способ измерения параметров морскихволн основан на зависимости углов отражения диффракцированных радиоволн от длины волныотражающей поверхности и на измеренииэтих углов путем сравнения времен запаздывания импульсов, отраженных под разными углами, относительно зондирующего импульса, точность измерения длины морской волны . определяется точностью измерения отношения - и не зависит от высоты Н излучателя над исследодуемой поверхностью. Изменение высоты Н в процессе излучения также не сказывается на его результатах.Предмет изобретенияСпособ измерения параметров морских волн при помощи установленных на некоторой высоте над поверхностью моря импульсного излучателя и приемника, снабженного осциллографическим индикатором, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью исключения влияния высоты излучателя на результаты измерений, взволнованную поверхность моря облучают радиоволнами, имеющими длину одного порядка с длиной морских волн, и о высоте волн или о длине их судят по отношению амплитуд или времен запаздывания относительно зондирующего импульса максимумов двух эхо-сигналов, один из которых отражен вертикально от взволнованной поверхности моря, а другой - под острым углом,