專利名稱：雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種應(yīng)用雷達(dá)測(cè)量海上固定冰厚度的雷達(dá)海冰 厚度測(cè)量?jī)x。
背景技術(shù)：
冰凍是高緯度地區(qū)冬季普遍存在的一種自然現(xiàn)象，它給各國(guó)水利工程、近海工程設(shè)施帶 來(lái)極大危害。冰科學(xué)屬于固體力學(xué)、流體力學(xué)、熱力學(xué)、自然地理等學(xué)科的交叉科學(xué)，厚度 是基礎(chǔ)的參數(shù)之一。海冰厚度測(cè)量一直是海洋冰區(qū)石油開發(fā)、冰區(qū)港口工程和極地冰厚探測(cè)、
軍事海洋技術(shù)服務(wù)中亟待解決的技術(shù)問題；另外由于冰厚度的監(jiān)測(cè)過(guò)程不連續(xù)，且精度低， 從而掩蓋了冰層厚度變化的細(xì)微過(guò)程，成為國(guó)際上一個(gè)尚待解決的難題。
當(dāng)今，國(guó)際上海冰監(jiān)測(cè)主要應(yīng)用接觸性測(cè)量和非接觸性測(cè)量?jī)煞N。接觸性測(cè)量要求現(xiàn)場(chǎng) 探測(cè)，主要包括上下界面接觸式探測(cè)技術(shù)、底面浮筒接觸式探測(cè)技術(shù)、不凍孔測(cè)樁式冰厚探 測(cè)技術(shù)以及氣-冰-水電導(dǎo)特性厚度標(biāo)尺式探測(cè)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了定點(diǎn)定時(shí)觀測(cè)，但這些接觸式技 術(shù)，適用于水動(dòng)力相對(duì)穩(wěn)定條件下的冰盛期的冰厚測(cè)量，不利于有降雪和融冰期階段的觀測(cè)， 因此，接觸性測(cè)量給現(xiàn)場(chǎng)冰厚度測(cè)量帶來(lái)很大困難。非接觸性測(cè)量包括衛(wèi)星遙感技術(shù)和雷達(dá) 探測(cè)等技術(shù)。衛(wèi)星遙感測(cè)量冰厚度是通過(guò)海冰遙感圖像反演冰厚度和密集度等參數(shù)，受云系 等天氣狀況的影響，由于衛(wèi)星的周期性運(yùn)行，因此顯示的定點(diǎn)衛(wèi)星遙感圖像周期較長(zhǎng)，無(wú)法 實(shí)現(xiàn)定點(diǎn)定時(shí)觀測(cè)，對(duì)高精度的海冰觀測(cè)帶來(lái)不便。而搭載雷達(dá)即可以實(shí)現(xiàn)定時(shí)定點(diǎn)觀測(cè)問 題、又能解決現(xiàn)場(chǎng)接觸式探測(cè)的難題。
綜上，非接觸性雷達(dá)海冰厚度測(cè)量技術(shù)的研制與開發(fā)，將提高國(guó)家冰區(qū)冰厚監(jiān)測(cè)的整體 能力，為冰區(qū)海上石油開發(fā)的安全生產(chǎn)，冰區(qū)近岸海洋工程、冰區(qū)港口工程，以及保障軍事 海洋技術(shù)服務(wù)提供新技術(shù)、新設(shè)備。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)冰厚測(cè)量數(shù)據(jù)的采集、存儲(chǔ)、 顯示、輸出及打印等技術(shù)，尤其實(shí)現(xiàn)了薄型海冰厚度的測(cè)量。
為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案如下
雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x主要由雷達(dá)7、通訊接口9、 A顯示器IO、計(jì)算機(jī)ll、打印機(jī)12和 數(shù)據(jù)傳輸模塊13組成，雷達(dá)7通過(guò)通訊接口9與計(jì)算機(jī)11連接，A顯示器10與通訊接口9 連接，打印機(jī)12和數(shù)據(jù)傳輸模塊13分別與計(jì)算機(jī)11連接。
本發(fā)明的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x是基于空氣對(duì)電波是全透明的，冰對(duì)電波是半透明的，而
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水對(duì)電波是不透明的；在空氣(氣)、海冰(冰)、海水(水)形成氣-冰交界面、冰-水交界 面兩處的電波回波強(qiáng)，即雷達(dá)發(fā)射的電磁波能夠探測(cè)到海冰的上下表面。根據(jù)這個(gè)特性，采 用超寬帶雷達(dá)技術(shù)發(fā)射很窄的探測(cè)脈沖，測(cè)量海冰上、下表面的高度差，即海冰厚度=^12 — H!，其中，a為雷達(dá)7距空氣4與海水6的交界面距離，H2為雷達(dá)距海冰5與海水6的交界 面距離，探測(cè)脈沖可探測(cè)到3cm 6m厚度的海冰，尤其實(shí)現(xiàn)了薄型即3cm 10cm厚度海冰 的測(cè)量。
本發(fā)明的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x的工作原理是，雷達(dá)7發(fā)射窄脈寬的探測(cè)電磁波，照射到 海冰8的上下表面，雷達(dá)7的接收機(jī)接收從海冰8的上下表面發(fā)射的回波，接收的電磁波經(jīng) 雷達(dá)7進(jìn)行信號(hào)的處理和放大，處理后的信號(hào)通過(guò)通訊接口 9， 一方面輸入給A顯示器10顯 示回波信號(hào)，另一方面輸入給計(jì)算機(jī)11，由計(jì)算機(jī)11內(nèi)的軟件模塊進(jìn)行冰厚測(cè)量計(jì)算，由 打印機(jī)12和數(shù)據(jù)傳輸模塊13分別打印冰厚數(shù)據(jù)和傳輸冰厚數(shù)據(jù)。
本發(fā)明的有益效果如下采用超寬帶、窄脈沖寬度10_9 1(T12 /s微波雷達(dá)作為探測(cè)手 段，從雷達(dá)回波原始數(shù)據(jù)中提取海冰厚度轉(zhuǎn)換信息，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)冰厚測(cè)量數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯 示、輸出及打印等技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了非接觸性現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量，可探測(cè)到3cm 6m厚度的海冰， 尤其實(shí)現(xiàn)了薄型即3cm 10cm海冰厚度的測(cè)量。


圖1是本發(fā)明的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x的測(cè)量原理示意圖。 圖2是本發(fā)明的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x的裝置示意圖。
圖中1、雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x，2、雷達(dá)距空氣與海水的交界面距離H,， 3、雷達(dá)距海 冰與海水的交界面距離H2， 4、空氣，5、海冰，6、海水，7、雷達(dá)，8、海冰，9、通訊接 口， 10、 A顯示器，11、計(jì)算機(jī)，12、打印機(jī)，13、數(shù)據(jù)傳輸模塊。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)地描述
如圖1與圖2所示，將載有雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x1的支架安裝在冰區(qū)上，即船、岸 站工程點(diǎn)，為了提高雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x的分辨能力，要求雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x的架設(shè)
高度在距冰區(qū)2 10 m之間。將雷達(dá)7的發(fā)射喇叭口對(duì)準(zhǔn)冰面，喇叭口角度為14。，啟動(dòng) 雷達(dá)7，發(fā)射窄脈寬10'9 10—12/3電磁波。電磁波首先在空氣4中傳播，然后照射到海冰5 的上表面。 一部分電磁波在海冰5的上表面被反射或散射，由散射產(chǎn)生的回波信號(hào)可以 確定電磁波從雷達(dá)7行進(jìn)到海冰5上表面的時(shí)間t"另一部分電磁波則穿透海冰5的上 表面，進(jìn)入冰體內(nèi)部，繼續(xù)向下，到達(dá)海冰5的下表面，同樣會(huì)產(chǎn)生反射或散射，由此 時(shí)產(chǎn)生的回波信號(hào)可以確定電磁波從雷達(dá)7行進(jìn)到海冰5下表面的時(shí)間t2。由兩者的時(shí)
間差可以得到電磁波在冰體內(nèi)的時(shí)間t，即t = t2—t,。電磁波被海冰5的上表面和下表面 反射的時(shí)間由示波器記錄。電磁波在海冰5中的傳播速度c為定值，根據(jù)H-c't，計(jì)算 得到海冰5的厚度。其中，c通過(guò)測(cè)定一系列已知厚度的海冰及電磁波在其中的傳播時(shí)間 來(lái)確定。本發(fā)明的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x所測(cè)得的海冰厚度的精度為3%。
權(quán)利要求
1、雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x，其特征在于，該測(cè)量?jī)x主要由雷達(dá)(7)、通訊接口(9)、A顯示器(10)、計(jì)算機(jī)(11)、打印機(jī)(12)和數(shù)據(jù)傳輸模塊(13)組成，雷達(dá)(7)通過(guò)通訊接口(9)與計(jì)算機(jī)(11)連接，A顯示器(10)與通訊接口(9)連接，打印機(jī)(12)和數(shù)據(jù)傳輸模塊(13)分別與計(jì)算機(jī)(11)連接。
2、 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述雷達(dá)(7)發(fā)射的微波 脈沖寬度為10—9 10—12/s。
3、 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x，其特征在于，該測(cè)量?jī)x架設(shè)的高度距冰區(qū) 2 10m之間。
4、 如權(quán)利要求1所述的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x，其特征在于，所述雷達(dá)(7)的喇叭口角 度為14°。
全文摘要
本發(fā)明的雷達(dá)海冰厚度測(cè)量?jī)x是一種應(yīng)用雷達(dá)測(cè)量海上固定冰厚度的技術(shù)方法，屬于海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。該測(cè)量?jī)x主要由雷達(dá)、通訊接口、A顯示器、計(jì)算機(jī)、打印機(jī)和數(shù)據(jù)傳輸模塊組成，依據(jù)氣-冰交界面、冰-水交界面兩處的電波回波強(qiáng)的特性，采用超寬帶、窄脈沖寬度10^-9～10^-12/s微波雷達(dá)作為探測(cè)手段，從雷達(dá)回波原始數(shù)據(jù)中提取海冰厚度轉(zhuǎn)換信息，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)冰厚測(cè)量數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、顯示、輸出及打印等技術(shù)。其有益效果在于，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了非接觸性現(xiàn)場(chǎng)定點(diǎn)實(shí)時(shí)測(cè)量，可探測(cè)到3cm～6m厚度的海冰，尤其實(shí)現(xiàn)了薄型即3cm～10cm海冰厚度的測(cè)量。
文檔編號(hào)G08C19/00GK101105395SQ20071001237
公開日2008年1月16日 申請(qǐng)日期2007年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月1日
發(fā)明者丁光輝, 孫延維, 趙寶剛, 邵秘華, 平 陶 申請(qǐng)人:大連海事大學(xué)