Sohil okean dinamikasi dasturlari radar - Coastal ocean dynamics applications radar

Ichida aniqlangan CODAR manbai Atlanta, Jorjia, dan ko'rinib turganidek, 14195 kHz da dasturiy ta'minot bilan belgilangan radio "s palapartishlik displeyi. Diagonalli supurgi chiziq CODAR signalidir.

Sohil okean dinamikasi dasturlari radar (CODAR) ko'chma, erga asoslangan, Yuqori chastota (HF) radar 1973 yildan 1983 yilgacha ishlab chiqilgan NOAA Kolorado shtatidagi Boulder shahridagi to'lqinlarni targ'ib qilish laboratoriyasi. CODAR invaziv bo'lmagan tizim bo'lib, u er yuzini yaqinida o'lchash va xaritalashga imkon beradi okean oqimlari qirg'oq suvlarida. U ko'chirilishi mumkin va okeanning hozirgi xaritalarini xaridorlarga real vaqtda taqdim etadi. Bundan tashqari, CODAR yordamida to'lqinlarning balandligini o'lchash mumkin va bu mahalliyni bilvosita baholashni ta'minlaydi shamol yo'nalishi.

Uskunalar

CODAR ixcham antenna tizimidan foydalanadi, u o'zaro faoliyat ilmoqlardan va qabul qilish uchun qamchidan va radio impulslarini uzatish uchun qamchilardan iborat.[1]Tizim transport vositasida tashilishi mumkin va u portativ quvvat manbaidan foydalanishga qodir; zamonaviy asbobsozlik uchun minimal quvvati 1050 Vatt tavsiya etiladi.[2]CODAR deyarli har qanday ob-havo sharoitida ishlashga qodir (harorat 0 ° F (-18 ° C) dan 90 ° F (32 ° C) gacha) [3]) va antenna tizimining nisbatan kichik o'lchamlari, aholi ko'p bo'lgan va toshloq qirg'oq hududlarida ham CODAR-ning joylashishiga rozilik beradi. Biroq, signal quruqlik bilan tezda susaytirilishi sababli, antennani iloji boricha er usti suviga o'rnatilishi kerak.

Zamonaviy jihozlarning ishlash chastotasi diapazoni 3 dan 50 MGts gacha va uni qarovsiz ishlash uchun ikki haftagacha dasturlash mumkin.[4]

Asosiy uskunalar elektron segmentga ulangan bo'lib, u himoyalangan muhitda joylashgan bo'lib, unda ma'lumotlar saqlanadigan tizim apparati mavjud. Kichik kompyuter radarni boshqaradi va signallarni qayta ishlaydi va operator ko'chma klaviatura terminali orqali tizim bilan aloqa o'rnatishi mumkin.

Xom spektral ma'lumotlar real vaqtda natijalarni olish uchun on-layn rejimida qayta ishlanishi va yakuniy ma'lumotlar mahsulotlarini grafik terminalda namoyish etilishi yoki nusxa ko'chirish chizig'iga chiqarilishi mumkin. Aks holda, keyinroq off-layn ishlov berish amalga oshirilishi mumkin.

Ilovalar

Sirt oqimlarini o'lchash CODAR yordamida olingan asosiy natijadir, erishilgan o'lchamlar va o'lchamlari atrof-muhit sharoitlari va antennaning joylashishiga qarab farq qiladi. Umuman olganda, ammo uzoq masofali rejimda zamonaviy CODAR 3-12 km o'lchamlari bilan dengizdan 100-200 km masofani o'lchashi mumkin. Chastotani oshirib, 200-500 m gacha aniqliklarni olish mumkin, ammo kuzatuv doirasi qisqartiriladi (15-20 km).[5]

Biroq, haqiqiy diapazonni radio shovqinlari, baland okean holatlari va antennalar yaqinidagi er sharoitlari cheklashi mumkin. Nam va nam qumli tuproqlar er to'lqinlarining tarqalishini kuchaytiradi, quruq va toshloq erlar signal kuchini pasaytiradi.[6]

Bitta CODAR tizimi faqat radarga qarab yoki undan uzoqlashadigan sirt tokining tarkibiy qismini o'lchashi mumkin, shuning uchun umumiy oqim vektorlarini aniqlash uchun kamida ikkita tizimli sozlashdan foydalanish kerak. Ko'plab radarlar konfiguratsiyasida ikkita radar tizimlari orasidagi masofa uzoq masofali ochiq okean rejimi uchun taxminan 15-40 km va "yuqori chastota, yuqori aniqlik, qisqa diapazon" rejimi uchun 8 dan 20 km gacha bo'lishi kerak.[7]

Odatda, CODAR ma'lumotlari dengiz aks sadosining shovqinini kamaytirish uchun o'rtacha bir soat davomida olinadi. Shu sababli, xaritalarni har soatda ishlab chiqarish mumkin. Ushbu muddat taxminan 20 daqiqagacha qisqartirilishi mumkin, ammo ma'lumotlar qisqa vaqt ichida shovqinli bo'lishi mumkin.[7]

CODAR o'lchovlari harbiy va fuqarolik maqsadlari uchun qiziqarli. Masalan, asosiy dasturlar qirg'oq muhandisligi va jamoat xavfsizligi loyihalari, dengiz yo'llarini rejalashtirish, okean ifloslanishini yumshatish, qidiruv-qutqaruv ishlari, real vaqtda neftning to'kilishini kamaytirish va lichinkalar populyatsiyasining ulanishini baholash, shuningdek, CODAR yordamida olingan ma'lumotlar global resurslarni monitoring qilish uchun kirish materiallari sifatida ishlatiladi. ob-havo ma'lumoti modellari va ayniqsa, to'lqin va bo'ronni o'lchash uchun foydalidir.[8]Bundan tashqari, o'lchovlardan to'lqin energiyasining tarqalish yo'nalishi va eng energetik to'lqinlar davri olinishi mumkin, ular qirg'oq va offshor inshootlarni loyihalash va ishlatishda ko'plab amaliy qo'llanmalar uchun muhimdir.

Amaliyot nazariyasi

CODAR yordamida ishlaydi to'lqinlarning osmonga uzatilishi ichida yuqori chastotali (HF) tarmoqli (3-30 MGts), chunki bu diapazondagi elektromagnit to'lqinlar shamolga mos keladigan to'lqin uzunliklariga ega. tortishish to'lqinlari okean yuzasida.[9]Mijozlar ehtiyojiga ko'ra, uni bitta yoki ko'p chastotali rejimda ishlatish mumkin, chunki okean qo'pol sirtga ega bo'lganligi sababli, yuqori chastotali signal okean yuzasiga etib kelganida, tushgan energiyaning bir qismi manbaga va manbaga qarab tarqaladi. qabul qilgich aks etgan signalni o'lchaydi. Bu orqaga qaytish (yoki aks ettirish) qabul qilgichda energiya spektrini hosil qiladi, hatto energiya manbai bitta chastotali bo'lsa ham, dengiz sathining shakli va harakati tufayli turli xil uzatish chastotalarining spektrli qaytishini talqin qilish okean haqida ma'lumot olishning kalitidir [10] va, xususan, sirt oqimlarini o'lchash uchun.

Braggning Tarqoqlik to'g'risidagi qonuni natijasida; eng kuchli olingan daromad keladi okean to'lqinlari to'g'ridan-to'g'ri radar manbasiga qarab yoki undan uzoqlashib, jismoniy to'lqin uzunligi uzatilgan radar to'lqinining yarmiga teng. Qaytish signali qayta ishlanadi va uning spektral tahlili dengiz-echo Doppler spektrini beradi, bu erda har xil chastotalarda ikkita dominant tepalik mavjud. tan olinishi mumkin.

Ushbu cho'qqilarning ma'lum chastotalaridan uzoqlashishi "echo Dopler smenasi" deb nomlanadi va sirt tokining radius tezligini baholashga imkon beradi. Anavi; xit yuzasi va radar orasidagi chiziq bo'ylab tarqalish tezligi. Darhaqiqat, tezlikning ushbu komponentining kattaligi signalning siljish darajasiga mutanosibdir, shuning uchun CODAR Dopler tomonidan indikatsiyalangan chastotani almashtirishni (radardan sektorgacha bo'lgan masofa va yo'nalish burchagi bilan) o'lchaydi. qiziqish ko'rsatadigan dengiz sathidagi to'lqin tezligining radiusli komponentini baholash.

Sirt oqimlarini o'lchash

Oqimlarni o'lchash uchun CODAR uskunasi uchta komponentni hisoblab chiqadi:

  • radial yo'nalishda keladigan to'lqinlarning tezligi
  • radar uskunasidan baholanadigan okean sektorigacha bo'lgan masofa
  • to'lqinlar nisbatan CODAR stantsiyasiga qarab harakatlanadigan burchak

Oqimlarning radial tezligini hisoblash

CODAR antennasidan yuborilgan signal ma'lum chastotaga ega va u yorug'lik tezligida harakat qiladi. Shuning uchun signalning to'lqin uzunligi ma'lum (to'lqin uzunligi = yorug'lik tezligi / chastota) .Brag qonunidan foydalangan holda CODAR tarqoq HF signalini maksimal darajaga ko'taradi, chunki rezonans faqat berilgan to'lqin uzunligi uchun bo'ladi:

λs = λt / (2 * cos (φ))

qayerda λs er usti okean to'lqinining to'lqin uzunligi, λt uzatilgan signalning to'lqin uzunligi va φ signal va okean yuzasi orasidagi tushish burchagi

CODAR antennalari odatda dengiz sathida joylashtirilganligi sababli, teta tushish burchagi nolga teng deb qabul qilinishi mumkin. Shuning uchun tenglama quyidagicha kamayadi:

λs = λt / 2

Bu shuni anglatadiki, chiqarilgan signal to'lqin uzunligi uzatilgan signalning yarmiga teng bo'lgan to'lqinlarni urganida, yana antennaga tarqalgan signal fazada bo'ladi. Shuning uchun, bu to'lqinlar CODAR tizimi bilan o'lchanadigan "kuchli" va shu bilan osonlikcha aniqlanadigan signalni hosil qiladi, shuning uchun oqim tezligi to'lqinlarning Doppler siljishini aniqlash orqali olinadi.[11]

Biroq, yuqoridagi tenglamalar soddalashtirilgan modelni anglatadi, chunki ular aks etuvchi to'lqinlar harakatlanmayapti deb taxmin qilishadi. Bu, albatta, haqiqatga to'g'ri kelmaydi va harakat tufayli tarqalgan signal chastotasi (va shuning uchun uning to'lqin uzunligi) uzatilgan signal bilan bir xil emas. Aslida, "qabul qiluvchiga qarab harakatlanadigan to'lqinlar qaytish chastotasini oshiradi, uzoqlashayotgan to'lqinlar esa qaytish chastotasini pasaytiradi".[11]

Keyin yana bir doppler siljishi ( Δf ) kuzatiladi va uni o lchash orqali radial tezlikni aniqlash mumkin νs Dopler formulasi yordamida sirt oqimining tarkibiy qismi:

F = fs / λs

Nishongacha bo'lgan masofani hisoblash

Maqsad oralig'i vaqtni kechiktirishdan boshlab hisoblab chiqiladi, bu uzatilgan signaldan qaytib signal vaqtini olib tashlash orqali olinadi.

Nishonga burchak yo'nalishini hisoblash

CODAR - bu "yo'nalishni aniqlash tizim ". Signal ikkita pastadirli antennalar va monopol tomonidan qabul qilinadi. Holbuki, monopol qabul qiladigan signal kiruvchi signal yo'nalishi bo'yicha farq qilmaydi, ikkita pastadir antennalar tomonidan qabul qilingan signal (90 ° burchak ostida joylashgan) farq qiladi. yo'nalish bilan.[11] Ushbu ma'lumot signal yo'nalishini aniqlash uchun dasturiy ta'minotga ruxsat beradi.

Oqimlarning radial tezligi, nishonga bo'lgan masofa va nishonga burchak yo'nalishi hisoblab chiqilgandan so'ng joriy vektorni aniqlash va joriy vektor xaritalarini tuzish mumkin. Darhaqiqat, ikkita CODAR uchastkasidan olingan vektor ma'lumotlari bir-biriga to'g'ri keladigan maydon uchun oqim tezligi va yo'nalishini hisoblash mumkin va 1979 yilda o'tkazilgan xatoliklar tahlili shuni ko'rsatadiki, CODAR sirt oqimlarini kamida 10 sm bilan o'lchaydi. / s aniqligi.[12]2010 yilda zamonaviy CODAR uskunalarining chakana sotuvchilari odatdagi muhit sharoitida odatda oqim tezligining <7 sm / s va to'lqin komponentining 1-2 sm aniqligini kafolatlaydilar.[13]Shu bilan birga, tizimning aniqligi bir nechta omillarga bog'liq, masalan, signal-shovqin nisbati, geometriya va ko'rsatuvchi xatolar.

Cheklovlar

Tizimga xos ba'zi cheklovlar mavjud bo'lib, ular ba'zi ilovalarga ruxsat bermaydi. Bu erda asosiy amaliy cheklovlar keltirilgan:

  • CODAR joylashgan joyidan 2 km uzoqlikda joylashgan hududdagi oqim va to'lqinlarni o'lchashga ruxsat bermaydi. Ushbu yopiq maydon pulsni uzatishda qabul qilgich o'chirilganligidan kelib chiqadi. Vaqt o'tishi bilan orqaga taralgan har qanday signal yo'qoladi.
  • CODAR o'lchamlari xujayrasi odatda 5 km dan kattaroqdir2. Bu ushbu tizimni kirish va bandargoh kirishlarining ko'p qismida ishlatishga ruxsat bermaydi.

Yuqorida aytib o'tilganidek, ma'lum bir qarash burchagi uchun bitta CODAR stantsiyasi faqat o'z joyiga qarab yoki undan uzoqlashadigan oqim tarkibiy qismini aniqlashga imkon beradi. Vektorli sirt oqimining baholarini olish uchun ikki yoki undan ortiq uchastkalardan radial oqimlarni birlashtirish kerak. Bundan tashqari, ikkita CODAR stantsiyasidan foydalanishda "boshlang'ich muammo" deb nomlangan o'lchov ta'sir qilishi mumkin. Bu ikkala asbob tezlikning bir xil tarkibiy qismini o'lchaganida sodir bo'ladi. Ushbu muammodan qochish va joriy vektorni to'g'ri hal qilish uchun odatda ikkita radial 30 ° va 150 ° ga teng burchakka ega bo'lishi kerak.[14]

Shuningdek qarang

Adabiyotlar

  1. ^ Barrick et al, Radar xaritasida tasvirlangan okean yuzasi oqimlari - Fan, yangi seriyalar, jild. 198, № 4313 (1977 yil 14-oktabr), 138-144-betlar, https://www.jstor.org/stable/1744926 1977
  2. ^ Texnik tavsiflar varag'iga qarang 2010 da "Arxivlangan nusxa" (PDF). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2010-06-08 da. Olingan 2012-11-02.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)
  3. ^ "Arxivlangan nusxa" (PDF). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2010-06-08 da. Olingan 2012-11-02.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)
  4. ^ Sohil okeani parametrlarining yuqori chastotali radar o'lchovlari, CETN-I-41 6/86, Sohil muhandislik tadqiqot markazi, Texnik eslatma. "Arxivlangan nusxa" (PDF). Arxivlandi asl nusxasi (PDF) 2013-02-21. Olingan 2012-11-02.CS1 maint: nom sifatida arxivlangan nusxa (havola)
  5. ^ http://www.codar.com/SeaSonde_gen_specs.shtml, Texnik spetsifikatsiya varag'i 2010, CODAR OCEAN SENSORS SeaSonde
  6. ^ J. D. Paduan, H. C. Graber, Yuqori chastotali radarga kirish: haqiqat va afsona, OCEANOGRAPHY Vol. 10, YO'Q. 1997 yil 2-bet, 38-bet
  7. ^ a b K. Andresen, S. Litvin - To'lqin balandligini o'lchash uchun CODAR yuqori chastotali radardan foydalanish (http://marine.rutgers.edu/mrs/codar/waves/project2.html
  8. ^ B. J. Lipa, D. E. Barrick, Tidal va Storm-Surge o'lchovlari, bitta joyli CODAR, OKANALIK TEXNIKA JURNALI, VOL. OE-11, YO'Q. 2, 1986 yil APREL, 241-245 betlar
  9. ^ J. D. Paduan, L. Vashbern, Okean sathidagi oqimlarning yuqori chastotali radar kuzatuvlari, dengiz fanining yillik sharhi, 2012
  10. ^ J. D. Paduan, L. Vashbern, 2011 - Okean sathidagi oqimlarning yuqori chastotali radar kuzatuvlari
  11. ^ a b v http://marine.rutgers.edu/mrs/codar/waves/project3.html
  12. ^ M. Evans, T. Jorjes, Sohil okeanining dinamikasi radarlari (CODAR): NOAA ning yuzaki oqim xaritalash tizimi, 1979 y.
  13. ^ http://www.codar.com/SeaSonde_Remote-Unit.shtml
  14. ^ J. D. Paduan, H. C. Graber, Yuqori chastotali radarga kirish: haqiqat va mit, OCEANOGRAPHY VoI. 10, YO'Q. 1997 yil 2-bet, 37-bet

Qo'shimcha o'qish

Tashqi havolalar