Способ определения спектра возвышений волнения морской поверхности и устройство для его осуществления

 

Изобретение относится к гидрофизическим измерениям и может быть использовано для измерения спектров возвышений волнующейся поверхности моря. Цель изобретения - расширение области применения за счет увеличения диапазона волн анализируемого волнения, В соответствии с изобретением акустические волны излучают с постоянной спектральной плотностью мощности, в измеренной спектральной плотности мощности принятого излучения выделяют частоту мо дуляции и определяют ее временную зависимость, а о спектре возвышений волнения морской поверхности судят по спектру временной зависимости частоты модуляции спектральной плотности мощности принятого излучения. Введение в устройство коррелометра, порогового блока и блока памяти обеспечивает исключение из принятого сигнала мощной низкочастотной составляющей, не связанной с исследуемым спектром, что расширяет диапазон волн анализируемого волнения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил, С/ С

, ф Ф;-,, ь (ф> сок:э советских

СОЦИАЛИ ТИЧЕСКИХ

РеспуБлик. Ж,, 1693379 А1 (я)л G 01 В 17/00

ГОСУДАРСТВЕ ННЫЙ КОМИТЕТ по иэоБРБ гниям и î кРытиям пРИ гкнт сссР

Г 3;,; 1 ".; ;:! ...-.".. 1

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ анализируемого волнения. В соответствии с изобретением акустические волны излучают с постоянной спектральной плотностью мощности, в измеренной спектральной плотности мощности принятого излучения выделяют частоту мбдуляции и определяют ее временную зависимость, а о спектре возвышений волнения морской поверхности судят по спектру временной зависимости частоты модуляции спектральной плотности мощности принятого излучения, Введение в устройство коррелометра, порогового блока и блока памяти обеспечивает исключение из принятого сигнала мощной низкочастотной составляющей, не связанной с исследуемым спектром, что расширяет диапазон волн анализируемого волнения. 2 с.п. ф-лы, 1 ил, (21) 4640872/28 (22) 25,01.89 (46) 23,11.91. Бюл, N 43 (71) Институт прикладной физики AH СССР (72) B.А,Лазарев и В.Н.Лобанов (53) 534,6 (088.8) (56) Справочник по гидроакустике./Под ред.

А.Е.Колесникова. — Л.: Судостроение, 1982, с.236-239. (54)- СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ СПЕКТРА

ВОЗВЫШЕНИЙ ВОЛНЕНИЯ МОРСКОЙ

ПОВЕРХНОСТИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО

ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к гидрофизическим измерениям и может быть использовано для измерения спектров возвышений волнующейся поверхности моря. Цель изобретения — расширение области применения эа счет увеличения диапазона волн

Изобретение относится к гидрофиэическим измерениям и может быть использовано для измерения спектров возвышений волнующейся поверхности моря.

Целью изобретения является расширение области применения эа счет увеличения диапазона волн анализируемого волнения.

На чертеже представлена блок-схема устройства определения спектра возвышений волнений морской поверхности.

Устройство содержит генератор 1, подключенный к нему излучатель 2 акустических волн, приемник 3 акустического излучения, подключенный к нему усилитель

4, и спектроанализатор 5. К выходу усилителя 4 подключены последовательно соединенные коррелометр 6, пороговый блок 7 и блок 8 памяти, выход которого подключен к спектроанализатору 5. Для синхронизации циклов измерений частоты модуляции второй выход коррелометра 6 подключен к второму входу блока 8 памяти. Генератор 1 выполнен в виде генератора белого шума.

Сущность способа определения спектра возвышений волнения морской поверхности состоит в использовании явления частотной модуляции спектра широкополосного акустического излучения, принимаемого в морской среде на некотором расстоянии от источника. Модуляция возникает s результате интерференции акустических волч, отраженных от морской поверхности, с "прямыми волнами", т,е. такими, которые распространяются по лучу, соединяющему источник с приемником, Так, при излучении в течение времени tt — tz

1693379 в полосе частот fl--f2 акустических волн с постоянной спектральной плотностью Go мощности посредством источника, расположенного в одной точке морской среды с координатами 7 = Zp, (=- О, где Z — верти- 5 кальная координата, Zo — горизонтальная координата. Принимаемое в другой точке морской среды с координатами Z = Zt, r = R акустическое излучение имеет спектральную плотность мощности G (t,f), определяе- 10 мую выражением

G (t, ) = Go (1 + m cos (2 лт())), (1) где t — время, 15

f — частота акустической волны;

m — коэффициент отражения акустической волны от морской поверхности; х (t) — задержка прихода акустической волны, отраженной от морской поверхности 20 относительно прямой волны.

Из геометрии хода прямой и отраженной волн

r= — (Х вЂ” Х1), 1

С (2) где

Xî = (Zo +21+2ü +R

С вЂ” скорость звука в морской среде.

Поскольку на практике всегда можно выполнить условие R» Zp, Z1» ((t), соотношение (2) принимает вид

Ц(Ц(Ъ+е1)+zo z1) 1

CR.40

Из соотношения (1) с учетом соотношения (3) видно, что спектральная плотность мощности принимаемого акустического излучения вследствие интерференции прямой 45 и отраженной акустических волн промодулирована по частоте, Частота r(t) этой модуляции равна времени задержки г(т) прихода отраженной волны относительно прямой волны и прямо пропорциональна 50 величине возвышения ((т) анализуемого волнения морской поверхности. Следовательно, выделив частоту г (т) модуляции спектральной плотности G (t,f) мощности принятого излучения и зарегистрировав ее, мо:кно, определив спектр G-„(Q) полученной временной зависимости t(t), определить с учетом (3) искомый спектр G (Q) возвышений волнения морской поверхности из соотношения

Б (Й) = lså(й) -z. 21 " "- — - 1)/ (4) /(2о + Z t);

6. (Я) =

= (f,", i(a) ехр(— i Qt) dt) со R/ã, (5) v/ 2 К „, g где g — ускорение свободного падения, макс наибольшая из pnvH волн анализируемого волнения, Устройство определения спектра возвышений волнения морской поверхности работает следующим образом..

С помощью генератора 1 и излучателя 2, установленного в морской среде, излучают акустические волны, Приемником 3 осуществляют прием акустического излучения. Выходной сигнал приемника, несущий информацию о принятом акустическом излучении, через усилитель 4 подают на коррелометр 6, с помощью которого измеряют спектральную плотность мощности принятого излучения, по которой определяют значение корреляционной функции реализации сигнала, и по максимуму корреляционной функции измеряют частоту модуляции, равную запаздыванию г отраженной волны относительно прямой. С помощью порогового блока 7 выделяют измеренную частоту модуляции на фоне сигнала, обусловленного шумами морской среды, и с помощью блока 8 памяти накапливают измеренные значения частоты модуляции, Для того, чтобы обеспечить получение полезной информации для всех длин волн анализируемого волнения, включая и самые длинные волны, временную зависимость t(t) снимают в течение времени, превышающем интервал T. Выходной сигнал с блока 8 памяти подают на процессор, с помощью которого определяют спектр б„-(Й) временной зависимости t (t). По измеренному спектру G-,(Q) в соответствии с соотношением (4) определяют искомый где Q — частота волнения морской поверхности.

Для обеспечения получения информации о спектре возвышений всех длин волн анализируемого волнения необходимо излучать и регистрировать акустические волны в течение интервала времени tl — t2, превышающего интервал Т времени, определяемый соотношением

1693379

Составитель И.Ардашева

Техред М.Моргентал Корректор О.Кравцова

Редактор О.Головач

Заказ 4067 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул.Гагарина, 101 спектр G (Q) возвышений волнения морской пове хности.

Таким образом, изобретение обеспечивает исключение в спектре принимаемого сигнала мощной низкочастотной составля- 5 ющей, не связанной с исследуемым спект- ром, что позволяет расширить диапазон волн анализируемого волнения.

Формула изобретения

1. Способ определения спектра возвы- 10 шений волнения морской поверхности, заключающийся в том, что в морской среде размещают излучатель и приемник акустических волн, излучают акустическую волну, принимают прямую волну и отраженную от 15 морской поверхности, измеряют спектральную плотность мощности принятого излучения, по которой судят о контролируемом параметре, отличающийся тем,что,с целью расширения области применения, 20 акустические волны излучают с постоянной спектральной плотностью мощности, определяют частоту модуляции спектральной плотности мощности принятого излучения, а спектр возвышений волнения морской поверхности определяют по ее временной зависимости.

2. Устройство определения спектра возвышений волнения морской поверхности, содержащее генератор, соединенный с ним излучатель акустических воли, приемник акустических волн, соединенный с ним усилитель и спектроаналиэатор, о т л и ч а ющ е е-с я тем, что оно снабжено подключейными к усилителю последовательно соединенными коррелометром, пороговым блоком и блоком памяти, вторым входом соединенным с выходом коррелометра, выходом со спектроанализатором, а генератор выполнен в виде генератора белого шума.