Измерение параметров морского волнения методами лазерного зондирования

• Автор: Стемковский, Александр Иванович
• Шифр специальности: 11.00.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1984
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 184 c. : ил

1.1. Статистические характеристики морского волнения.

1.2. Аналитический обзор активных неконтактных методов измерения характеристик морского волнения

1.2.1. Акустические методы

1.2.2. Радиолокационные методы

1.2.3. Лазерные методы

1.3. Отражательные свойства морской поверхности при дистанционном лазерном зондировании

Выводы по I главе

Глава П. Моделирование лазерных импульсов, отраженных поверхностью моря

2.1. Модель сформирования сигналов обратного рассеяния морской поверхностью .

2.2. Расчет.сигнала обратного рассеяния при наклонном зондировании морской поверхности
2.3. О связи формы.сигнала.обратного рассеяния с рельефом облучаемого участка морской поверхности
2.4. Расчет сигнала обратного рассеяния пои. вертикальном зондировании морской поверхности расходящимся импульсом .
Выводы по П главе
стр.
Глава Ш. Теоретические основы лазерных методов дистанционного измерения параметров морского волнения
3.1. Измерение морского волнения о берега
3.3.1. Локационные измерения волнения путем наклонного зондирования .
3.1.2. Методика и результаты расчета погрешностей метода.
3.2. Измерение морского волнения с борта
3.2.1. Определение дисперсии возвышений, по результатам сканирования и однократного зондирования.
3.2.2. Теория методических ошибок,требований
к эксперименту и аппаратуре .
3.2.3. Измерение корреляционной.функции.МОРСКОГО волнения по результатам двухлучевого зондирования .
3.2.4. Погрешности измерений и требования к измерительному комплексу .
3.3. Измерение морского волнения с авианоси
телеи.
3.3.1. Определение параметров.морского волнения по характеристикам отраженных импульсов.
3.3.2. Методические ошибки измерений и аппаратура для реализации способа
3.3.3. Определение дисперсии наклонов по отношению амплитуд отраженных импульсов
при двухлучевом зондировании
3.3.4. О точности метода и устройстве для
его реализации
3.4. Сопоставление предложенных методов между
собой и с ранееизвестными .
Выводы по Ш главе .
стр.
Глава У. Описание аппаратуры и результатов
натурных измерений
4.1. Описание аппаратуры и оценка ее
точностных характеристик
4.2. Экспериментальная проверка модели формирования световых импульсов, отраженных от морокой поверхности
при наклонном зондировании
4.3. Некоторые амплитудные.и временные. особенности импульсов обратного
рассеяния.
4.4. Результаты натурных измерений характеристик волнения
Выводы по У главе .
Выводы по работе .
Литература


Предположенные методы измерения параметров морского волнения, основанные на различных способах облучения морской поверхности лазерными импульсами и соответсвующих процедурах обработки амплитудновременных характеристик отраженных импульсов, позволяют проводить измерения высот волн, дисперсии возвышений, дисперсии наклонов и некоторых других характеристик волнения с неподвижного основания, борта судов и авианосителей. Натурные измерения, выполненные с использованием макета лидера, изготовленного совместно с представителями технических организаций, показали работоспособность и оперативность метода налонной локации, позволяющего измерять высоты волн с неподвижного основания. Теоретические и экспериментально оцененная амплитудно методическая погрешность в определении высот волн методом наклонной локации не превышает см при углах скольжения порядка , а разработанная методика расчета погрешности измерений позволяет оценивать последнюю при различной геометрии зондирования, длительности лазерных импульсоЕ и состоянии поверхности моря. Наиболее полной характеристикой МВ на стационарных участках является пространственная корреляционная функция ХмИ, определяемая следующим образом I. ХИ М ЮсИАИ, 1. МП А его приращение оператор нахождения матошдания возвышение участка МП над средним уровнем. М МЬЫ1 , 1. Ъ возвышение МП в момент времени , аЫ0 в момент АЛ. Со временем эти характеристики МВ войдут в широкий практический обиход , поэтому разработка методов их измерения является весьма перспективной. При решении ряда прикладных задач , вполне достаточно знания интегральных статистических параметров таких, например, как дисперсия возвышений, дисперсия наклонов и других. Для разработки оперативных дистанционных методов измерения этих параметров в настоящей работе будут использоваться распределения элементов МП по возвышениям и наклонам. МП, Экспериментальные данные хорошо подтверждают этот вывод . МП. Экспериментальные измерения этого распределения ,,,, включая измерения, выполненные Коксом и Манком , фиксируют те или иные отклонения от нормальности. Однако, эти отклонения невелики и при скоростях ветра до 7 8 мсек распределение наклонов в первом приближении можно считать нормальным. В методах, основанных на зондировании МП под малыми углами, придется иметь дело не с истинным распределением наклонов, а с видимым, наблюдаемым под углом 0 к поверхности В гу. Математическое выражение для него получено в работе 9 . Графическое представление этого распределения дано в работе . О связи характеристик рассеянного звукового поля с параметрами волнения до сих пор не накоплено достаточного количества экспериментальных данных. Так, рассмотренные в 3 эксперименты по определению коэффициента обратного рассеяния акустических волн на МП не сопровождались волнографическими измерениями, так что возможны лишь качественные выводы при усилении ветра интенсивность рассеяния все время возрастает, причем тем быстрее, чем меньше ухол скольжения на высоких частотах довольно быстро наступает насыщение и интенсивность рассеяния перестает расти при усилии ветра сверх 6 мсек. Сравнению результатов расчетов с экспериментами препятствует также отсутствие возможности детального контроля за состоянием поверхности моря нет еще техники для регистрации пространственного спектра волн в достаточно широком диапазоне частот. В общем случае рассеяние звука на МП носит резонансный характер. Существенный вклад в интенсивность сигнала обратного рассеяния СОР дает лишь компонент волнения с волновым числом где к волновое число зондирующего поля 0 угол скольжения. Следовательно, сканируя МП по углу при постоянном к , либо варьируя к при неизменном можно определить пространственный спектр волнения. Однако, использование для реализации этого метода узконаправленных антенн с шириной диаграммы направленности на НИС в открытом океане наталкивается на значительные технические трудности, связанные с габаритами антенн и необходимостью их угловой ориентации. При частотах порядка кПх и ниже эти трудности становятся почти непреодолимыми.