СПОСОБ РАДИОЛОКАЦИОННОГО ИЗМЕРЕНИЯ ВИБРАЦИИ КОРПУСА МОРСКОГО СУДНА
METHOD FOR RADAR MEASUREMENT OF VIBRATION OF SHIP HULL

Изобретение относится к области контрольно-измерительной техники, а именно к способам измерения с помощью когерентной радиолокационной станции (РЛС) вибрации корпуса любого радиолокационно-контрастного объекта, находящегося на морской поверхности.
Разработки способов дистанционного определения характеристик вибрации актуальны в связи с необходимостью совершенствования техники контроля и эксплуатацией электромеханических устройств, размещенных на судне.
Известен способ [1] определения вибрации объекта, в котором используется то, что вибрация модулирует фазу и амплитуду отраженного электромагнитного излучения оптического диапазона. Сходными с признаками заявленного технического решения являются такие признаки аналога: облучение исследуемого объекта, регистрация отраженного сигнала, оценка вибрации по характеристикам отраженного сигнала. Недостатками этого способа являются [2]: сложность и высокая стоимость оборудования; большое энергопотребление; высокие требования к качеству поверхности исследуемого объекта, сильное влияние состояния воздушной среды (влажность, запыленность и т.п.)
Известен способ [2] определения вибрации объекта с помощью ультразвуковой фазометрии. Сходными с признаками заявленного технического решения являются такие признаки аналога: облучение исследуемого объекта, регистрация отраженного сигнала, оценка вибрации по характеристикам отраженного сигнала. Недостатками этого способа являются: низкая разрешающая способность, сильное затухание ультразвука в воздухе, зависимость от состояния воздушной среды, уменьшение точности измерения с ростом частоты вибрации.
Наиболее близким к изобретению по совокупности признаков, и поэтому выбранным в качестве прототипа, является способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна [3]. Следующие признаки прототипа совпадают с существенными признаками заявленного изобретения: зондируют вибрирующий объект электромагнитными сигналами, выделенную часть которых используют в качестве когерентных сигналов для смешения с принятыми отраженными от объекта, содержащими помеху электромагнитными сигналами, с последующей трансформацией смешенных сигналов в электрические сигналы промежуточной частоты, которые усиливают, а затем производят фазовое детектирование для формирования видеосигнала; полученный видеосигнал усиливают и выделяют из него сигнал доплеровской частоты, который затем оцифровывают для его компьютерной обработки.
Недостаток прототипа при определении вибрации движущегося в море судна заключается в следующем. Он позволяет проводить измерения с высокой точностью только при приводном ветре, стабильном по скорости и по направлению. Помехи, создаваемые морской поверхностью, зависят от энергии коротких поверхностных волн. Нестабильность ветра, особенно при малых скоростях в ситуациях, когда на морской поверхности наблюдаются выглаженные полосы (слики), приводит к значительным вариациям уровня помехи [4].
В основу изобретения поставлена задача создания способа радиолокационного определения вибрации корпуса движущегося в море судна, в котором за счет более полного учета изменения уровня шероховатости морской поверхности, а соответственно и уровня помех, создаваемых обратным рассеянием радиоволн морской поверхностью, и за счет использования когерентной РЛС, работающей в непрерывном режиме, которая имеет более высокую чувствительность по сравнению с импульсной РЛС, повышается точность измерений.
Поставленная задача решается тем, что в способе радиолокационного измерения вибрации корпуса морского судна, который заключается в том, что корпус зондируют радиоволнами с помощью когерентной РЛС, выделенную часть зондирующего сигнала используют в качестве когерентного сигнала для смешения с принятым сигналом, отраженным от корпуса судна и содержащим помеху, с последующей трансформацией смешенного сигнала в электрический сигнал промежуточной частоты, который усиливают, производят фазовое детектирование для формирования видеосигнала, полученный видеосигнал усиливают и выделяют из него сигнал доплеровской частоты, который затем оцифровывают для его компьютерной обработки. Новым является то, что зондирование осуществляют с помощью РЛС непрерывного излучения, непосредственно перед проходом судном заданного участка морской поверхности и после его прохода осуществляют зондирование этого участка при тех же азимутальных углах и углах скольжения, при которых осуществлялось зондирование корпуса судна, строят доплеровские спектры сигналов, рассеянных морской поверхностью до и после прохода судна, осредняют их и вычитают полученный осредненный спектр из доплеровского спектра сигнала, отраженного от корпуса судна и содержащего помеху
Сущность заявленного технического решения поясняется следующим. Сигнал, регистрируемый когерентной РЛС, представляет собой сумму двух сигналов: отраженного от корпуса корабля и помехи, создаваемой рассеянием морской поверхностью. Поскольку принятый сигнал РЛС при зондировании под малыми углами скольжения в основном определяет брегговский механизм рассеяния, то длины поверхностных волн, определяющих уровень помехи, сравнимы с длиной зондирующих радиоволн. При зондировании на длинах волн до 3.5 см рассеивателями являются поверхностные волны гравитационно-капиллярного диапазона, энергия которых имеет высокую корреляцию с флуктуациями скорости приводного ветра [5]. Для определения уровня помех облучают только тот участок поверхности, на котором осуществлялось измерение вибрации корпуса судна, что позволяет значительно снизить время, необходимое на эту операцию, тем самым повысить соответствие оценки уровня помехи, ситуации, когда проводят измерения уровня вибрации. Способ осуществляют следующим образом.
На берегу или другом стабилизированном основании (например, буровая или океанографическая платформа) устанавливается когерентная РЛС непрерывного излучения, которая облучает некоторый заданный участок поверхности. Проводят сеанс измерений, в ходе которого определяют характеристики отражения от морской поверхности, которые в данном случае являются помехой. Для этого облучают заданный участок поверхности, часть зондирующего сигнала используют в качестве когерентного сигнала для смешения с принятым радиосигналом. Смешенный сигнал трансформируют в электрический промежуточной частоты, который усиливают, производят фазовое детектирование для формирования видеосигнала. Видеосигнал оцифровывается и вводится в компьютер.
Непосредственно после проведения первого сеанса измерений проводят второй сеанс, в котором осуществляют те же операции, что и в первом. Он отличается тем, что на том же участке морской поверхности зондируют корпус движущегося судна.
Непосредственно после выхода судна из участка, облучаемого РЛС, проводится третий сеанс измерений, подобный первому.
По данным измерений каждого из трех сеансов измерений строятся доплеровские спектры радиосигналов. Затем из спектра второго сеанса измерений вычитают средний спектр, который получен из первого и третьего сеансов измерений. Полученный спектр используют для расчета вибрации корпуса судна.
Источники информации
1. Землянский В.М. Лазерный измеритель вибрации // Авторское свидетельство SU 1221502, МПК G01H 9/00, Опубликовано: 30.03.1986. Бюл. №12.
2. Волковец А.И. Руденко Д.Ф., Гусинский А.В., Кострикин A.M. Радиоволновой бесконтактный метод измерения параметров движения и вибрации // Доклады БГУИР, 2007. - №4 (20). - С.58-64.
3. Паламарчук В.М., Авраменко Ю.Г., Бойко В.Е. Способ радиолокационного измерения вибрации корпуса судна и устройство для его осуществления // Патент РФ RU 2352909 C1, МПК G01H 9/00, G01S 13/08, Опубликовано: 20.04.2009. Бюл. №11. (Прототип).
4. Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Бабий М.В. Измерения параметров шероховатости морской поверхности при переходе от штиля к ветровому волнению // Изв. АН СССР, Физика атмосферы и океана. - 1992. - Т.28, №4. - С.424-431.
5. Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Смолов В.Е., Бабий М.В. Корреляции между высокочастотными ветровыми волнами и ветром над морем // Доклады АН Украины, сер. Математика, Естествознание, Технические науки. - 1993. - №. 9. - С. 113-117.