Способ определения возвышений и градиентов морской поверхности и устройство для его осуществления

(51) 4 С .13/00 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ СТВУ ТОРСИОМ,Ф СВИДЕ ности ретения - раоэможностей ожности опделения возои поверх. П. Шир-).ственГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СС ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР(71) Институт океанологии им.Пшова и Симферопольский государный университет(56) Авторское свидетельство СУ 415489, кл. С 01 С 3/08, 197Авторское свидетельство СССУ 1183834, кл. С 01 С 13/00,01,06,83.(54) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВОЗВЫШЕНИЙ ИГРАДИЕНТОВ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ И УСТ-,РОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к дистанционной волнометрии и предназначенодля использования в метеорологии иокеанологии для неконтактного дистанционного определения распределенияплотности вероятности возвышений и градиентов морскои повеавианосителей. Цель изоширение информационныхза счет обеспечения возмределения законов распрвышений и наклонов морс ности. С помощью лазера 1 импульс наносекундной длительности подается через делитель 2 луча на оптический переключатель, состоящий иэ делителя 4 на три луча и оптических затворов 5-7, а часть энергии подается также на фотоэлектрический преобразователь 3 тракта 12 альтиметрии, где определяется высота зондирования и аппаратурная оптическая длина хода луча, информация о которой поступает в вычислительный блок 19. Устройство содержит также входную оптику 10, фотоэлектрический преобразователь 11 усилитель 13, дискриминатор 14, преобразователь и время - время 15 и время - код 16, запоминающий блок 17 и мультиплексор 18,2 с.п, ф-лы, 5 ил.Изобретение относится к дистанционной волнометрии и предназначено для использования в метеорологии и океанологии для неконтактного дистанционного определения распределения плотности вероятности возэьпдений и градиентов морской поверхности с авианосителей.Цель изобретения - расширение информационных возможностей эа счет обеспечения возможности определения законов распределения возвышений и наклонов морской поверхности.На фиг. 1 приведена геометрия зон дирования морской поверхности пучками малой (О.) и большой (б) расходи- мости; на фиг, 2 - блок-схема лидара для,проведения измерений с изме-, няющейся диаграммой направленности из- лучателя; на фиг. 3 - импульсы,регистрир уемые лидаром, исходный имп ульс системы Ь), импульс (б ), отраженный от морской поверхности пучком малой расходимости Р , и импульс, отраженный от морской поверхности при зондировании пучком большой расходимости Р (г.), импульсная Функция (6) морской поверхности при облучении ее вертикальным лучом большой расходи- мости, на фиг. 4 - импульсная Функция (й) морской поверхности при облучении ее вертикальным пучком собственной расходимости ц 5(1) и закон распределения (й) возвышений морской поверхности И, импульсная функция (б), описывающая уширение отраженных исключительно за счет распределения отражающих элементов поверхности моря по наклонам яв(С) и закон (б) распределения наклонов (градиентов) морс. кой поверхности Я(В), на фиг, 5 квантование аналогового сигнала в процессе обработки в измерительном блоке.Устройство располагают на авианосителе, Зондирующие импульсы направляются на морскую поверхность по вертикали, При зондировании пучком собственной расходимости (фиг. 1 сигнал обратного рассеяния можно представить в виде (Фиг, Зб);Р(с) = 1(Е")"я Гт ), (1)где 1(Г.) - исходный импульс системы(фиг. Зс);я (1) - импульсная характеристикаучастка морской поверхности, описываемая выраже- нием- время,со - время пробега света до среднего уровня морской поверхности,с - скорость света.При зондировании широко расходящимся пучком (Фиг. 1 б) получаемый сигнал обратного рассеяния (фиг. Зо) можно представить в видеР, = 1(Е)" СИ"),. (3) О где Ко(г- ) - Функция, описывающаяу)дирения отраженных импульсов исключительно эа счет распределения отражающих элементов морской поверхности по 30наклонам, определяемаявыражением СР Б д)к(.) = - -г - (г.)сг + 2 Сос21 о" б е коэффициент отражения от границы раздела воздух-вода,площадь входного отверстияприемника излучения,высота, с которой осуществляется зондирование,дисперсия градиентов возвышений морской поверхностиН лв45 Информация об исходном импульсе системы хранится в помяти вычислительного блока лидара, Законы распределений: воэвьпдений и градиентов морской поверхности определяются по известным импульсам 1.) н Р , Р,(С) следующим образом,Находится Фурье-преобразование исходного импульса системы где С - импульсная характеристика 20участка морской поверхности, облучаеюго широко расходящимся пучком (45-60 ), имеющая вид (фиг. Зв):с О:):= д Е,( ) д ( д), (4),( ) отраженног рм ль ани при зондир асходящимс Кп 8р уч ком,текущ сов 8н распред по форму ее вре задер сло- врем леннозвышении выаклоном участка М = К 1 ехр-1 С д 1,ф де Кл(Сп) 1( ) импульс ль-прие задержк обуслов : отража кой пове форма исходного системы излучат текущие времена ник,енмя задержки, . возвышением участка морс нос ти.пределения гр хности опред енто он рас й лове м дующим образНаходится Фур-преобра рассеяни о расход овани (в сл чае нала обра зондированияком):Г) скриова 1 ЯР12) ова зЖ(ь) = е. з.е1(с) дс,где М. - Фурье-образ исходного импуль.са системы,его аргумент.Находится фурье-преобразование им.пульса обратного рассеяния Р(г.)Р = )е (г.).Р, (е) дс, (7) Фурье-образ импульсной характеристики цу(1) находится как отношение фурье-преобразованного сигнала обратного рассеяния Р 1 Г).к Фурье-преобразованному исходному импульсу системы Ж (Я: Обратным преобразование, фурье находится импульсная характеристика участка морской поверхности (при зондировании пучком собственной расходи- мости); аф) =, РСС) а",которая с точностью до коэффициентаопределяет закон распределения возвышений: аппаратурная константа,форма отраженного импульс ри зондировании лучом твенной расходимости,Фурье-образ импульсной характеристики дц(Е) находится как отношение фурье-преобразованных сигналоа обратного рассеяния Р Г) и Р 1(7); Обратным преобразованием фурье находится импульсная характеристика участка морской поверхностид (с) =2(Ъ ) д ), ( 14) которая дает закон распределения гра 15 диентов морскои 6 ( = К,88 И), (15) 4 5 НЭгде КС ЯБ пр создЗакон распределения градиентов вычисляют по формуле Я(В) = К, ехр-з.с (9) т 3 Я ехр(1.С ЯР (С " )д") ДгЛ Й (16) морскои поверхности,Устроиство состоит из импульсноголазера 1 с коллектором, делителя 2луча, Фотоэлектрического преобразователя 3 тракта альтиметрии, оптического переключателя, состоящего из о дополнительного делителя 4 луча натри канала с оптическими затворами5-7 по каждому из каналов, оптического элемента излучателя для формирования конусной диаграммы направлен ности, выполненного в виде сферичес. кого отражателя 8, дефлектора 9, оптической системы приемника - входнойоптики 10, Фотоэлектрического преобразователя 11 основного тракта, из- О мерительного блока, содержащеготракт 12 альтиметрии и основнойтракт, состоящий из нормирующего усилителя 13, соединенного с входами128 параллельных каналов, каждый изкоторых состоит из последовательно оединенных дифференциальнминатора 14, аналогового п еля 15 время - время, пре1242714 теля 16 время - код и запоминающегоблока 17, а выходы соединены с входами мультиплексора 18, выход которого соединен с вычислительным блоком19. Выход тракта альтиметрии соединен с вычислительным блоком 19.Способ осуществляется двукратнымзондированием,Устройство работает следующим об Оразом,С помощью лазера 1 импульс наносекундной длительности подается черезделитель 2 луча на оптический переключатель, состоящий из делителя 4на три луча и оптических затворов5-7, а часть энергии подается такжена фотоэлектрический преобразователь3 тракта альтиметрии,При первом зондировании пучкомсобственной расходимости оптическиезатворы 6 и 7 открыты, а затвор 5закрыт, Лазерный импульс поцается через делитель 4, затвор 6 и,цефлектор9 на морскую поверхностьОцновременно через затвор 7 импульс подается навходную оптику 10 и далее на фотоэлект -рический преобразователь основноготракта, где сигнал преобразуется вэлектрический и подается в измеритель Зрный блок для измерения исходного импульса системы. Отраженный от морскойповерхности сигнал обратного рассеяния собирается входной оптикой 10 ипоступает на фотоэлектрический преобразователь 11, где преобразуетсяв электрический сигнал и далее поступает в измерительный блок для измерения сигнала обратного рассеянияРл (г.), Большая временная задержкасигнала обратного рассеяния Р,отраженного от морской поверхности,по сравнению со временем обработкиисходного импульса в регистрирующемтракте 1(Т) (за счет разности оптической длины) обеспечивает раздельнуюрегистрацию последних измерительнымблоком. Число каналов в измерительном блоке определяется числом уровней оцифровки и или интервалов квантования 2 и и зависит от требуемой точнос" ти воспроизведения сигнала, Удобство ввода преобразованного сигнала в вычислительный блок и требуемая точ-. ность обеспечиваются при п = 128 каналов, или 256 уровней квантования (восемь двоичных битов). При вторичном зондировании морской50 поверхности расходящимся в широкомо конусе (угол раствора 45-60 ) лазерным импульсом оптические затворы 5 и 7 открыты, а 6,закрыт . Лазерный импульс 8 подается через делитель затвор 5 и сферическии отражатель 855 на морскую поверхность. Аналогично одновременно через затвор 7 импульс подается на входную оптику 10 и далее на фотоэлектрический преобразователь 11, где он преобразуется и поступает в измерительный тракт, Собранный входной оптикой отраженный от морской поверхности сигнал поступает на фотоэлектрический преобразователь 11 и далее электрический сигнал поступает в основной тракт и тракт 12 альтиметрии, где определяется высота зондирования и аппаратурная оптическая длина хода луча, информация о которых поступает в вычислительный блок 19, В основном тракте принятый сигнал усиливается и нормируется линейным нормирующим усилителем 13 и далее посТупает на входы 128 параллельных каналов для квантования и оцифровки сигнала. В -канале сигнал поступает на вход дифференциального дискриминатора 14 с заданным (для каждого канала своим) динамическим диапазоном, с выхода дифференциального дискриминатора 14 стандартный сигнал поступает на вход аналогового преобразователя 15 время - время для преобразования короткого временного интервала в более длинный (например, с коэффициентом преобразования длительности К = 1:р(= 100). Далее1 1(растянутый но времени сигнал поступает на вход преобразователя 16 время код, с выхода которого цифровой код поступает в запоминающий блок 17, Мультиплексор 18 опрашивает за два просмотра 128 запоминающих блоков 17, Причем при прямом просмотре он выбирает информацию о фронте импульса об- ратного рассеяния, а при обратном - о спаде. С выхода мультиплексора 18 информация подается в вычислительный блок 19, .где определяются законы распределений возвышений и градиентов морской поверхности, а также сравниваются исходные импульсы системы при первом и втором зондированиях. В случае различия последних измеренияповторяются,1242714 10 возможности определения законов рас ляют по Формулам ОЯ) = к,ехр Гт,1 В)11 1 фЩ р 0(8) ленин законы распред возвышенийи диентов 8 9 с ветственно; форма отраженн импульса при з граоот 5 л( ) ровани венной 1(С ) - Форма Р 1пульса чатель Р 2(т ) - Форма импульован рования (текущиевремена задержки),время задержки,обус-.40ловленное возвышенианалов, дефлектором, усза оптическим затвором каждому и тановленн ем отражающего участка морской поверхности,время задержки,45 обусловленное наклоном участка морской оверхности,ппаратурныеанты. р 2 конс 2, Устройство для определ вышений и градиентов морской ности, содержащее импульсный с коллектором, целитель луча ческий элемент излучателя дл рования конусной диаграммы н ния воз по азероптиформи 5 равленФормула изобретени1Способ определения возвышений и градиентов морской поверхности, заключающийся в облучении ее с авиа. носителя вертикально направленным широко расходящимся импульсом света наносекундной длительности, приеме отраженного излучения в месте расположения излучателя и определении по характеристикам сигнала обратного рассеяния параметров морской поверхности, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью расширения информационных возможностей за счет обеспечения и лучом собстрасходимости,"30 исходного имсистемы излу-приемник,отраженного са при зондии широко рас мся импульсом, нные интегрипределения возвышений и наклоновморской поверхности, вначале одновременно регистрируют Форму исходного импульса системы излучатель-приемник, направляя часть излучаемого лазером импульса непосредственно в приемник,и форму отраженного импульса при вер.тикальном зондировании морской поверхности лазерным лучом собственной расходимости, затем регистрируют фор му отраженного импульса при зондировании морской поверхности широко расходящимся импульсом, а возвышения иградиенты морской поверхности вычисности, оптическую систему приемника, фотоэлектрический преобразователь основного тракта, установленный на вы- . ходе оптической системы приемника, фотоэлектрический преобразователь тракта альтиметрии, установленный после делителя луча, выходы фотоэлектрических преобразователей основного тракта и тракта альтиметрии через тракт альтиметрии измерительного блока соединены с входом вычислительного блока, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения информационных возможностей за счет обеспечения возможности определения законов распределения возвышений и наклонов морской поверхности, оно снабжено дополнительным делителем луча на три канала с оптическими затворами по в вертикальном канале, а основы тракт измерительного блока выполненв виде нормирующего усилителя, соединенного с входами 128 параллельныхканалов, состоящих из последовательно соединенных дифференциальногодискриминатора, аналогового преобразователя время - время, преобразователя время - код и запоминающего блока, выходы которых соединены с входами мультиплексора, выход которогосоединен с вторым входом вычислительного блока,а вход нормирующего усилителя соединен свыходом фотоэлектрического преобразователя основного тракта.