To'lqinli radar - Wave radar

Dengiz radarlari yordamida okean to'lqinlarini o'lchash.

To'lqinli radar ning bir turi radar o'lchov uchun shamol to'lqinlari. Turli xil turli xil tushunchalar va texnikalarga asoslangan bir nechta asboblar mavjud va ularning barchasi tez-tez chaqiriladi. Ushbu maqola (shuningdek qarang Gronlie 2004 yil ), eng keng tarqalgan yerga asoslangan radarning qisqacha tavsifini beradi masofadan turib zondlash texnikasi.

Radarlarni masofadan zondlash texnikasiga asoslangan asboblar, ayniqsa, suv yuzasi bilan to'g'ridan-to'g'ri aloqa qilishdan qochish va strukturaviy shovqinlardan qochish muhim bo'lgan dasturlarda katta qiziqish uyg'otdi. Odatiy hodisa - bu tezkor oqimlar to'lqinli shamshirni bog'lashni juda qiyinlashtiradigan chuqur suvdagi dengiz platformasidagi to'lqin o'lchovlari. Yana bir qiziqarli voqea - bu kemada, dengizda asboblar juda amaliy emas va kemaning korpusining aralashuviga yo'l qo'ymaslik kerak.

Radarni masofadan turib zondlash

Terminlar va ta'riflar

Asosan ikkitasi bor sinflar okean to'lqinlari uchun uzoq masofali datchiklar.

To'g'ridan-to'g'ri sensor to'g'ridan-to'g'ri to'lqin tizimining ba'zi tegishli parametrlarini (masalan, sirt balandligi yoki suv zarralari tezligi) o'lchaydi.
Bilvosita sensorlar boshqa fizik jarayonlar bilan o'zaro ta'sirlashish orqali sirt to'lqinlarini kuzatib boring, masalan dengiz sathining radar kesmasi.

Mikroto'lqinli radarlar ikki xil ishlatilishi mumkin rejimlar;

Yaqin vertikal rejim. Radar aks-sadosi dengiz sathidan spekulyar aks ettirish orqali hosil bo'ladi.
The past boqish burchagi rejimi. Radar aks-sadosi tomonidan yaratilgan Bragg sochilib ketmoqda, shuning uchun shamol hosil bo'lgan sirt to'lqinlari (kapillyar to'lqinlar ) hozir bo'lishi kerak. Orqaga tarqalgan signal katta sirt tortishish to'lqinlari bilan modulyatsiya qilinadi va tortishish to'lqinlari ma'lumotlari teskari signalning modulyatsiyasidan kelib chiqadi. Dengiz sathini mikroto'lqinli masofadan zondlash nazariyalarining ajoyib taqdimoti O'simlik va Shuler (1980).

Radar izi (radar tomonidan yoritilgan sirt maydonining kattaligi) butun okean bilan taqqoslaganda kichik bo'lishi kerak. to'lqin uzunliklari qiziqish. Radarning fazoviy o'lchamlari radar signalining o'tkazuvchanligi kengligi bilan belgilanadi (qarang radar signalining xususiyatlari ) va radar antennasining kengligi.

Mikroto'lqinli antennaning nurlari farq qiladi. Binobarin, rezolyutsiya diapazonning oshishi bilan kamayadi. Barcha amaliy maqsadlar uchun an IQ radar (lazer ) ajralib chiqmaydi. Shuning uchun uning o'lchamlari diapazonga bog'liq emas.

HF radarlar Braggning tarqalish mexanizmidan foydalanadi va har doim o'tlatishning juda past burchaklarida ishlaydi. Ishlash chastotasining pastligi tufayli radar to'lqinlari to'g'ridan-to'g'ri orqaga qaytariladi tortishish to'lqinlari va sirt to'lqinining mavjud bo'lishi shart emas.

Radar qabul qilgichlari bo'lishi mumkin izchil yoki izchil emas. Izchil radarlarni o'lchash Dopler -modulyatsiya bilan bir qatorda amplituda modulyatsiya, izchil bo'lmagan radarlar esa faqat amplituda modulyatsiyani o'lchaydilar. Binobarin, izchil bo'lmagan radar echosi dengiz sathining xususiyatlari to'g'risida kamroq ma'lumotni o'z ichiga oladi. Kogerent bo'lmagan radarlarga odatiy dengiz navigatsiya radarlari misol bo'la oladi.

Energiya dengiz sathidan burchak funktsiyasi sifatida orqaga qaytdi.

Radar transmitter to'lqin shakli modulyatsiya qilinmagan yoki impulsli modulsiz uzluksiz to'lqin bo'lishi mumkin. Modulyatsiya qilinmagan uzluksiz to'lqinli radar masofa o'lchamiga ega emas, lekin maqsadlarni turli tezlik asosida hal qilishi mumkin, modulyatsiya qilingan yoki impulsli radar esa turli diapazondagi aks sadolarni echishi mumkin. Radar to'lqin shakli radar nazariyasida juda muhim rol o'ynaydi (Plant and Shuler, 1980).

Ishlashga ta'sir qiluvchi omillar

Ishlash tartibi yoki o'lchov geometriyasi (vertikal yoki boqish)
Tizim sinfi (to'g'ridan-to'g'ri yoki bilvosita)
Ishning chastotasi
Radar to'lqin shakli (modulyatsiya qilinmagan CW yoki modulyatsiya qilingan / impulsli)
Qabul qilgichning turi (izchil yoki nomuvofiq)
Radar antennasining xususiyatlari

Masofadan zondlash texnikasi

To'lqinlarni masofadan zondlash uchun turli xil radiolokatsion texnikalarni mukammal o'rganish Taker (1991).

Mikroto'lqinli pechlar

Mikroto'lqinli pech masofani aniqlovchi shuningdek, vertikal rejimda gigagerts chastotalarida ishlaydi va tuman va suv purkagich kabi ta'sir qilmaydi masofaviy o'lchagich. A uzluksiz to'lqin chastotasi modulyatsiya qilingan (CWFM) yoki impulsli radar to'lqin shakli odatda diapazon o'lchamlarini ta'minlash uchun ishlatiladi. Yorug'lik ajralib turadiganligi sababli, izning chiziqli kattaligi diapazonga to'g'ridan-to'g'ri proportsionaldir, izning maydoni esa diapazon kvadratiga mutanosibdir.

Mikroto'lqinli diapazonni topishning bir misoli Miros SM-094 bo'lib, u to'lqinlar va suv sathini o'lchash uchun mo'ljallangan, shu jumladan suv oqimlari. Ushbu sensor havo bo'shlig'i (ko'prikni tozalash) sensori sifatida ishlatiladi NOAA "s PORTS tizim. Yana bir misol WaveRadar REX, bu Rosemount tank radarining hosilasi.

Raqamlashtirilgan dengiz tartibsizligi tasviri.

Uch yoki undan ortiq joylarda suv sathining ko'tarilishi to'g'risidagi ma'lumotlardan to'lqin balandligining yo'naltirilgan spektrini hisoblash mumkin. Algoritm og'irlik (vertikal harakat), balandlik va siljish bo'yicha ma'lumotlardan yo'naltirilgan spektrni bitta joyda, disk shaklida to'lqinli shamchiroq bilan ta'minlaganiga o'xshaydi. Gorizontal, teng qirrali uchburchakning tepalarida oyoq izlari bo'lgan uchta vertikal radarlar qatori suv sathining balandligi to'g'risida kerakli ma'lumotlarni taqdim etishi mumkin. "Directional WaveGuide" - ushbu texnikaga asoslangan tijorat radar tizimi. Uni Gollandiyaning Enraf va kompaniyalaridan olish mumkin Radac.

Dengiz navigatsiya radarlari

Dengiz navigatsiya radarlari (X tasma ) dengiz to'lqinlari naqshiga o'xshash naqshni o'z ichiga olgan dengiz tartibsiz tasvirlarini taqdim eting. Radar video signalini raqamlashtirish orqali u raqamli kompyuter tomonidan qayta ishlanishi mumkin. Dengiz sathining parametrlarini ushbu raqamlashtirilgan tasvirlar asosida hisoblash mumkin. Dengiz navigatsiya radiolokali radar kam o'tlatish burchagi rejimida ishlaydi va shamol hosil bo'ladigan sirt to'lqinlari mavjud bo'lishi kerak, dengiz navigatsiya radarlari izchil emas va bilvosita to'lqin sensori uchun odatiy misoldir, chunki to'lqin balandligi va radar orqasida to'g'ridan-to'g'ri bog'liqlik yo'q. - tarqalish modulyatsiyasi amplitudasi. Odatda to'lqin spektrini masshtablashning empirik usuli qo'llaniladi. Dengiz navigatsiyasi radariga asoslangan to'lqin sensorlari to'lqin yo'nalishini o'lchash uchun ajoyib vositadir. Dengiz navigatsiya radarlari, shuningdek, sirt oqimini o'lchash vositasi bo'lishi mumkin. Joriy vektorning nuqtali o'lchovlari, shuningdek bir necha km masofaga qadar mavjud xaritalar taqdim etilishi mumkin (Gangeskar, 2002). Miros WAVEX harakatlanuvchi kemalardan yo'naltirilgan to'lqin o'lchovlari sifatida asosiy qo'llanilish sohasiga ega. Dengiz radariga asoslangan tizimning yana bir misoli OceanWaves WaMoS II.

Impulsli doppler to'lqini va oqim radarini o'lchash geometriyasi.

Doppler mikroto'lqinli radarli impulsli diapazon

Darvozali impulsli Doppler mikroto'lqinli radar kam o'tlatish burchagi rejimida ishlaydi. Bir nechta antennalardan foydalangan holda u asosan gorizontal suv zarralari tezligining yo'naltirilgan spektrini o'lchab, yo'naltirilgan to'lqin sensori sifatida ishlatilishi mumkin. Tezlik spektri to'lqin balandligi spektri bilan to'g'ridan-to'g'ri chiziqli to'lqin nazariyasiga asoslangan matematik model bilan bog'liq va ko'p sharoitlarda to'lqin spektrining aniq o'lchovlari ta'minlanishi mumkin. O'lchovlar u o'rnatilgan platformadan uzoqroq masofada amalga oshirilganda, to'lqin maydoni platforma tuzilishining aralashuvi bilan ozgina darajada bezovta bo'ladi.

Miros to'lqini va hozirgi radar diapazonli impulsli Doppler radar texnikasiga asoslangan yagona mavjud to'lqin sensori. Ushbu radar, shuningdek, sirt oqimi vektorining nuqta o'lchovlarini bajarish uchun er-xotin chastotali texnikadan foydalanadi (pastga qarang)

Ikkita chastotali mikroto'lqinli radar

Ikkita chastotali mikroto'lqinli radar bir vaqtning o'zida ikkita mikroto'lqinli chastotani uzatadi. Chastotani ajratish, qiziqish uyg'otadigan suv to'lqinlari oralig'ida bo'lgan "fazoviy urish" uzunligini berish uchun tanlanadi. Ikkita chastotali radar yuqori chastotali (HF) radarning mikroto'lqinli ekvivalenti sifatida qaralishi mumkin (pastga qarang). Ikkala chastotali radar sirt oqimini o'lchash uchun javob beradi. To'lqin o'lchovlariga kelsak, orqaga tarqalish jarayonlari juda murakkab (va yaxshi tushunilmagan), foydali o'lchov aniqligiga erishish uchun.

HF radarlari

HF radarlari CODAR SeaSonde va Helzel WERA dengiz oqimini 300 km masofada o'lchash uchun kuchli vosita sifatida yaxshi tashkil etilgan. U 10 dan 300 metrgacha bo'lgan radar to'lqin uzunligiga mos keladigan HF va past VHF chastotalar diapazonida ishlaydi. Birinchi darajali Bragg radiolokatsion yo'nalishining Doppler siljishi dengiz oqimining hisob-kitoblarini dual chastotali mikroto'lqinli radarga o'xshash tarzda olish uchun ishlatiladi. Odatda dengiz sathining bir xil qismiga har xil tomondan qarab, ikkita radar o'rnatilishi talab qilinadi.^[1] Oxirgi avlod qirg'oqqa asoslangan okean radarlari okean oqimini xaritalash uchun 200 km dan va to'lqinlarni o'lchash uchun 100 km dan ko'proq masofani bosib o'tishlari mumkin. Helzel WERA. Barcha okean radarlari uchun aniqlik juda yaxshi. Qisqa diapazonlarda diapazonning aniqligi yanada aniqroq bo'ladi. Burchak o'lchamlari va aniqligi ishlatilgan antenna majmuasi konfiguratsiyasiga va qo'llaniladigan algoritmlarga (yo'nalishni aniqlash yoki nurni shakllantirish) bog'liq. WERA tizimi ikkala texnikadan foydalanish imkoniyatini beradi; yo'nalishni aniqlash bilan ixcham versiya yoki nurni shakllantirish usullari bilan antenna tizimi.

Ixtisoslashgan X-band

FutureWaves texnologiyasi dastlab General Dynamics-ning Amaliy Fizika Fanlar Korporatsiyasi tomonidan Dengiz kuchlarining ONR (Naval Research Office) uchun atrof-muhit kemalari va harakatlarini prognozlash (ESMF) tizimi sifatida ishlab chiqilgan. Ushbu texnologiya tijorat bozorida chiqarishga moslashtirildi va birinchi bo'lib 2017 yilda Texasning Xyuston shahrida bo'lib o'tgan Offshore Technology konferentsiyasida paydo bo'ldi.

Ushbu texnologiya mavjud bo'lgan to'lqinlarni prognozlash tizimlaridan farqli o'laroq, Dopllerning teskari o'lchovini taxminan 5 km masofada o'lchashga qodir bo'lgan moslashtirilgan to'lqinlarni sezish radaridan foydalangan holda farq qiladi. Dengiz sathidan teskari signalni kuchaytirish uchun radar antennasi vertikal ravishda qutblangan. Bundan tashqari, u matematik jarayon deb ataladigan shovqinli teskari signallarga murojaat qiladigan innovatsion radar signallarini qayta ishlash sxemasidan foydalanadi. eng kichik kvadratchalar inversiyasi. Ushbu yondashuv radar ma'lumotlariga juda aniq belgilangan filtrni qo'llaydi va kiruvchi to'lqinlarni kuzatmaydigan radar tekshiruvlarini rad etadi. Natijada, 2-3 daqiqali oynada kema harakatlarini majbur qiladigan, tarqalayotgan hodisa to'lqin maydonining aniq tasviri. To'lqinlarni qayta ishlash algoritmlari to'lqin maydonini ikki o'lchovli kuch spektrlarini va to'lqin balandligi to'lqin balandligi bilan ta'minlanadigan to'lqinning balandligini real vaqtda hisoblash imkonini beradi.

Bundan tashqari, oldindan hisoblab chiqilgan kuch / javoblar bazasiga tayanadigan kema harakatini bashorat qilish jarayoni qo'llaniladi. Dinamik harakat erkinligi darajalari keyinchalik bir nechta mexanik tizim sifatida ifodalanadi, uning kelajakdagi harakatlari ko'p darajadagi erkinlikni raqamli ravishda hal qilish orqali bashorat qilinadi, majburiy va bog'langan differentsial tenglama tomir harakati sensori chiqishi bilan ta'minlangan dastlabki inertsional holat bilan. Vaqt-domen echimi prognozlashda chiziqli bo'lmagan majburlash mexanizmlarini, masalan kvadratik rulonni o'chirish va rulonni boshqarish tizimlarini olish imkonini beradi.

Va nihoyat, u Gravity ochiq arxitekturasidan foydalanadi o'rta dastur sensorli oqimlarni, pastki dasturlarni va foydalanuvchi displeylarini qayta ishlashni birlashtirish uchun echim. Ushbu ochiq arxitektura yondashuvi tizimga maxsus kemalar va mashinalar (masalan, kranlar) ning fizikaga asoslangan modellari bilan bir qatorda moslashtirilgan operator displeylarini amalga oshirishga imkon beradi.

Adabiyotlar

^ CODAR okean datchiklari (COS)

Gangeskar, R., (2002), "Okean oqimi X-diapazonli Radar dengizining sirt tasvirlaridan hisoblangan", IEEE masofadan turib zondlash bo'yicha operatsiyalar, jild. 40, yo'q. 4.
Gronli, Ø (2004). "To'lqinli radarlar - turli xil tushunchalar va texnikalarni taqqoslash", Hydro International, 8-jild, 5-son, 2004 yil iyun.
Plant, W.J. va D.L. Shuler, (1980) "Bir va ikkita chastotali mikroto'lqinli texnika yordamida dengiz sathini masofadan turib aniqlash", Radio Science, Vol. 15 № 3, 605-615 betlar.
Taker, MJ, (1991) "Okean muhandisligidagi to'lqinlar, o'lchovlarni tahlil qilish, talqin qilish", Ellis Xorvud Limited, 8-bob, 231-266-betlar.
Vaytt, (2009) "Yuqori va past to'lqinlarni HF radar bilan o'lchash", IEEE Okeans Conference konferentsiyasi, Bremen, 2009 y.
HYDRO International, (2010) "WERA Ocean Radar System - xususiyatlari, aniqligi va ishonchliligi", HYDRO International, 14-jild, 3-son, 2010 yil, 22-23 betlar.

Tashqi havolalar

Mikroto'lqinli pechlar:

Doppler mikroto'lqinli radarli diapazonli impuls:

Storm Wind Study II paytida MIROS tizimini baholash; F.V.Dobson, Baliqchilik va Okeanlar Kanada, Bedford Okeanografiya Instituti, Dartmut, NS, Kanada; E. Dunlap ASA Consulting Ltd, Galifaks, NS, Kanada

X diapazonli to'lqinli sensorlar:

HF-radar:

[1] CODAR okean datchiklari (COS)

[1]