RU2449326C2

RU2449326C2 - Method of determining state of ice cover

Info

Publication number: RU2449326C2
Application number: RU2010106861/28A
Authority: RU
Inventors: Александр Николаевич Добротворский (RU); Александр Николаевич Добротворский; Павел Григорьевич Бродский (RU); Павел Григорьевич Бродский; Сергей Борисович Зверев (RU); Сергей Борисович Зверев; Виктор Сергеевич Аносов (RU); Виктор Сергеевич Аносов; Василий Алексеевич Воронин (RU); Василий Алексеевич Воронин; Алексей Иванович Новиков (RU); Алексей Иванович Новиков; Владимир Васильевич Чернявец (RU); Владимир Васильевич Чернявец; Сергей Павлович Тарасов (RU); Сергей Павлович Тарасов
Original assignee: Открытое акционерное общество "Газпром"
Priority date: 2010-02-24
Filing date: 2010-02-24
Publication date: 2012-04-27
Also published as: RU2010106861A

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: satellite radar images are obtained in the optical region. The images are analysed and interpreted. Boundaries of ice zones are determined interactively using a mosaic of images taken at different times. The age and concentration of ice is determined using ice cover tomographic imaging results. Ice thickness and morphologic anomalies of the underwater part of the ice body are determined using results of probing the ice body with linear frequency-modulated pulses.

EFFECT: high reliability of determined parameters.

5 dwg

Description

Изобретение относится к определению параметров метеорологически обусловленного состояния водной поверхности с помощью акустических волн разных диапазонов частот, а точнее - с использованием способов дистанционного зондирования, и наиболее эффективно может быть использовано при оперативном определении характеристик таких типов подстилающей поверхности, как ледяной покров в осенний и весенний периоды в районах морского судоходства, а также ледяного покрова в регионах залегания и добычи месторождений газа и нефти на шельфе арктических морей.The invention relates to determining the parameters of the meteorological condition of the water surface using acoustic waves of different frequency ranges, and more precisely using remote sensing methods, and can be most effectively used in the operational determination of the characteristics of such types of underlying surface as ice cover in autumn and spring in areas of maritime navigation, as well as ice cover in the regions of occurrence and production of gas and oil fields on the Arctic shelf s seas.

Известен способ определения состояния ледяного покрова (см. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение. / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др., СПб., Наука, 2007, с.68-71), заключающийся в выполнении визуальных ледовых наблюдений с самолетов и вертолетов различных типов с высот 100-600 м. При полетах на этих высотах разрешающая способность человеческого глаза принимается равной 0,1 м на местности, что позволяет наблюдателю определять по характеру поверхности снежного покрова, типу наслоений и торосистых образований, толщине льдин в разломах, размерам и форме снежниц, цветовым оттенкам поверхности льдин, их обломков, дна снежниц все основные характеристики ледяного покрова - положение кромки дрейфующего и неподвижного льдов, сплоченность льда, его возрастной состав, формы, наслоенность и торосистость, стадии таяния, пространства чистой воды среди льдов, высоту и характер снежного покрова, сжатие, загрязненность, количество и формы льдов материкового происхождения. При этом, наблюдения выполняются в полосе от 19-20 высот полета (кромки льда, границы зон различной сплоченности) до 2-3 высот (возрастной состав), что объясняется различной достоверностью и возможностью определения тех или иных характеристиках при больших углах визирования. Учитывая ограниченное время пролета каждого участка, совершенно очевидна невозможность переработки наблюдателем всего объема информации. На основании результатов наблюдений составляется рабочая ледовая карта. Способ отягощен существенными случайными и систематическими погрешностями, ограничениями по полосе обзора. Кроме того, при наблюдениях с малых высот непосредственно просматривается только 10-20% обследуемой акватории, что приводит к значительным ошибкам при интерполяции и экстраполяции границ.A known method for determining the state of ice cover (see Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application. / Johannessen OM, Alexandrov V.Yu., Frolov I.E. and others ., St. Petersburg, Nauka, 2007, pp. 68-71), which consists of visual ice observations from aircraft and helicopters of various types from altitudes of 100-600 m. When flying at these altitudes, the resolution of the human eye is assumed to be 0.1 m on the ground, which allows the observer to determine the nature of the surface The thickness of the ice cover, the type of layering and hummocking, the thickness of the ice in the faults, the size and shape of the snowfields, the color shades of the surface of the ice, their debris, the bottom of the snowfields all the main characteristics of the ice cover - the position of the edge of the drifting and stationary ice, ice concentration, age composition forms, layering and mating, stages of melting, clear water spaces among the ice, the height and nature of the snow cover, compression, contamination, the amount and form of ice of mainland origin. At the same time, observations are carried out in the band from 19-20 flight altitudes (ice edges, boundaries of zones of different cohesion) to 2-3 altitudes (age composition), which is explained by different reliability and the ability to determine certain characteristics at large viewing angles. Given the limited time of flight of each section, it is quite obvious that the observer cannot process the entire amount of information. Based on the results of observations, a working ice map is compiled. The method is burdened by significant random and systematic errors, restrictions on the span. In addition, when observing from low altitudes, only 10-20% of the surveyed water area is directly visible, which leads to significant errors in the interpolation and extrapolation of borders.

Известен также способ аэрофотосъемки морского льда (см. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение. / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др., СПб., Наука, 2007, с.72-76) с использованием аэрофотоаппаратов (АФА). Съемка выполняется сериями по площадям или маршрутам.There is also a method of aerial photography of sea ice (see Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application. / Johannessen OM, Alexandrov V.Yu., Frolov I.E. and others ., St. Petersburg, Nauka, 2007, pp. 72-76) using aerial cameras (AFA). Shooting is done in series over areas or routes.

Достоинством данного способа является высокая разрешающая способность, геометрическая определенность снимков, позволяющая воссоздать пространственную модель местности и с высокой степенью точности определить координаты изобразившихся точек местности, а также объективность и однозначность получаемых сведений.The advantage of this method is the high resolution, geometric certainty of the images, which allows you to recreate the spatial model of the area and with a high degree of accuracy to determine the coordinates of the displayed points of the area, as well as the objectivity and uniqueness of the information received.

Недостатком способа является зависимость от метеоусловий и освещенности; большое количество получаемых снимков и сложность их фотохимической и фотограмметрической обработки; ограниченные площади съемки с малых высот; низкая оперативность получения окончательных результатов.The disadvantage of this method is the dependence on weather and light; a large number of images and the complexity of their photochemical and photogrammetric processing; limited shooting areas from low altitudes; low efficiency in obtaining final results.

Известен также способ определения состояния ледяного покрова путем зондирования морских льдов посредством радиолокационных станций с длиной волны 2-3 см (см. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение. / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др., СПб., Наука, 2007, с.79-88), установленных на самолетах и судах. При этом состояние льда определяется через эффективную площадь рассеивания. Данный способ позволяет выполнить оперативную оценку состояния ледяного покрытия, в части возрастных стадий льдов и их сплоченности по градациям (молодые - однолетние - старые льды). Однако при этом невозможно определение стадий развития однолетних льдов.There is also a method of determining the state of ice cover by sensing sea ice using radar stations with a wavelength of 2-3 cm (see Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application. / Johannessen O.M ., Aleksandrov V.Yu., Frolov I.E. et al., St. Petersburg, Nauka, 2007, p. 79-88) installed on airplanes and ships. In this case, the state of ice is determined through the effective dispersion area. This method allows you to perform an operational assessment of the state of the ice cover, in terms of age stages of ice and their cohesion by gradation (young - annual - old ice). However, it is impossible to determine the stages of development of annual ice.

Известны также способы определения ледяного покрова путем зондирования морских льдов с искусственных спутников Земли (см. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение. / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др., СПб., Наука, 2007, с.88-116 или см. Авторское свидетельство СССР №1788487), заключающиеся в том, что ледяной покров зондируют посредством бортовой аппаратуры спутника (радиолокатор бокового обзора, пассивный микроволновый радиометр, многоканальный сканирующий радиометр с линейным сканированием по сфере или по углу). Для получения достоверной информации, как правило, используют сочетание нескольких приборов, что связано с отрицательной корреляцией интенсивности излучения и рассеяния электромагнитных волн льдом одного и того же возраста на используемых частотах в зимний период года. На изображениях радиолокационных станций старые (двухлетние и многолетние) льды дают сильный рассеянный сигнал, а на изображениях радиометрических приборов - слабое собственное излучение. Молодые и однолетние льды, наоборот, дают слабый рассеянный сигнал и сильное собственное излучение. Именно эта особенность совмещенных изображений при комплексировании данных позволяет распознать однолетний и многолетний льды в период интенсивного летнего таяния, открытую воду на крупных разводьях и полыньях, а также положение кромки льдов при взволнованной открытой водной поверхности.There are also known methods for determining the ice cover by sensing sea ice from artificial Earth satellites (see Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application. / Johannessen OM, Alexandrov V.Yu. , Frolov I.E. et al., St. Petersburg, Nauka, 2007, pp. 88-116 or see USSR Author's Certificate No. 1788487), consisting in the fact that the ice cover is probed using satellite onboard equipment (side-scan radar, passive multi-channel microwave radiometer with aniruyuschy radiometer with a linear scan of the field or on the corner). To obtain reliable information, as a rule, a combination of several devices is used, which is associated with a negative correlation of radiation intensity and electromagnetic wave scattering by ice of the same age at the frequencies used in the winter season. In the images of radar stations, old (two-year and many-year-old) ices give a strong scattered signal, and in the images of radiometric instruments - a weak intrinsic radiation. Young and annual ice, on the contrary, give a weak scattered signal and strong intrinsic radiation. It is this feature of combined images when combining data that allows recognizing one-year and perennial ice during intense summer melting, open water at large scoops and wormwoods, as well as the position of the edge of the ice with an excited open water surface.

В известном способе определения состояния ледового покрова (см. Авторское свидетельство СССР №1788487), включающим получение спутниковых радиолокационных снимков и снимков в оптическом диапазоне длин волн, с целью повышения достоверности при определении возраста и сплоченности льда в весенне-осенний период, в момент получения радиолокационных снимков устанавливают наличие облачности теплых фронтальных зон по снимкам в оптическом диапазоне длин волн и, если она имеет место, то проводят повторную радиолокационную съемку в условиях, соответствующих полному изменению метрологических условий в исследуемом районе.In the known method for determining the state of ice cover (see USSR Author's Certificate No. 1788487), which includes obtaining satellite radar images and images in the optical wavelength range, in order to increase reliability in determining the age and cohesion of ice in the spring-autumn period, at the time of receiving radar images establish the presence of cloudiness of the warm frontal zones from the images in the optical wavelength range and, if it occurs, then re-radar survey is carried out under conditions corresponding to favoring a complete change of the metrological conditions in the study area.

В известных способах в процедурах картирования применяется метод визуального анализа и интерпретации изображений, включая количественные оценки общей и частной сплоченности льда, а также интерактивного выделения границ ледовых зон с использованием мозаик из разновременных изображений. При этом мозаики формируются из предварительно нормализованных по яркости и трансформированных в стереографическую картографическую проекцию изображений с радиолокационной станции.In known methods, mapping procedures employ a method of visual analysis and interpretation of images, including quantitative estimates of the total and particular cohesion of ice, as well as interactive identification of the boundaries of ice zones using mosaics from multi-temporal images. In this case, mosaics are formed from previously normalized in brightness and transformed into a stereographic cartographic projection images from a radar station.

Основной недостаток радиолокационных станций бокового обзора, заключающийся в том, что разрешение вдоль линии пути ограничивается длиной антенны, компенсируется применением радиолокаторов с синтезированной апертурой. Однако для идентификации морских льдов и получения устойчивых результатов картирования морских льдов необходимо выбирать различные комбинации поляризаций типа АР, НН, HV, VV, VH при разных диапазонах углов зондирования.The main disadvantage of side-view radars is that the resolution along the track is limited by the length of the antenna and is compensated by the use of synthetic aperture radars. However, to identify sea ice and obtain stable results of sea ice mapping, it is necessary to choose different combinations of polarizations like AR, HH, HV, VV, VH at different ranges of sounding angles.

Наиболее важными параметрами морских льдов являются сплоченность, возраст (толщина), размер ледяных полей, размер и ориентация разводий, торосистость, дрейф льда и зоны сжатия/разряжения, стадии таяния и ряд других. Параметры морских льдов по спутниковым радиолокационным изображениям определяются путем дешифрирования. Для обнаружения и опознавания используются такие признаки, как величина обратного рассеяния и текстура, а также структура, размер и форма объектов. Основным прямым дешифровочным признаком является яркость радиолокационного изображения, которая определяется коэффициентом обратного рассеяния воды и морских льдов. На основе различий их обратного рассеяния определяются основные виды льдов. Зависимость удельной эффективной площади рассеяния и тона изображения от вида льда, его форм и шероховатости поверхности делает возможным определение ряда параметров морских льдов.The most important parameters of sea ice are cohesion, age (thickness), size of ice fields, size and orientation of scattered areas, hummockness, ice drift and compression / discharge zones, melting stages and several others. The parameters of sea ice from satellite radar images are determined by decryption. For detection and recognition, features such as the backscatter value and texture, as well as the structure, size and shape of objects are used. The main direct decoding feature is the brightness of the radar image, which is determined by the coefficient of backscattering of water and sea ice. Based on the differences in their backscatter, the main types of ice are determined. The dependence of the specific effective scattering area and image tone on the type of ice, its shape and surface roughness makes it possible to determine a number of parameters of sea ice.

Однако различные виды льдов могут изображаться одинаковым тоном и текстурой. Для их распознания используют дополнительную информацию, такую как гидрометеорологические условия и дрейф льдов в предшествующий съемке период, другие данные дистанционного зондирования, ледовые наблюдения с судов и т.д. Априорные данные о ледовых условиях также накладывают ограничения на возможность появления различных видов льдов в отдельных районах.However, different types of ice can be depicted in the same tone and texture. For their recognition, additional information is used, such as hydrometeorological conditions and ice drift in the previous survey period, other remote sensing data, ice observations from ships, etc. A priori data on ice conditions also impose restrictions on the possibility of the appearance of various types of ice in certain regions.

Обратное рассеяние морских льдов зависит от поляризации, частоты и угла зондирования радиолокатора. На радиолокационных изображениях С-диапазона многие виды льдов изображаются одинаково на различных поляризациях и углах зондирования. Например, для ниласа характерен темный тон изображения; для многолетних льдов - более яркий тон по сравнению с однолетним льдом, а для торосистых по сравнению с ровными льдами. Сигнатуры некоторых других видов льдов и открытой воды могут значительно различаться. Так значения обратного рассеяния открытой водной поверхности при слабом волнении и тонкого льда на VV-поляризации превышают на 5-7 и 2-3 дБ соответственно значения на НН-поляризации. Для интерпретации РСА - изображений, полученных со спутников типа ERS, RADARSAT, ENVISAT, сигнатуры основных видов морских льдов требуют уточнения с учетом конкретных характеристик этих радиолокаторов. Анализ результатов спутниковых дистанционных зондирований (см. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение. / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др., СПб., Наука, 2007, с.213-214) показал, что обнаруживаются наиболее крупные айсберги (диаметром 150 м и более), в то время как большинство из них не идентифицируется. При соответствующих условиях (при удельной эффективной площади рассеяния, больше чем у морского льда и спокойной морской поверхности) возможно обнаружить около половины небольших айсбергов (15-60 м в диаметре), три четверти средних айсбергов (60-120 м). При картировании малых айсбергов по изображениям с РСА появляется большое количество ложных объектов.The backscattering of sea ice depends on the polarization, frequency and sounding angle of the radar. On C-band radar images, many types of ice are represented identically at different polarizations and sensing angles. For example, nilas is characterized by a dark tone of the image; for perennial ice - a brighter tone compared to one-year-old ice, and for humid ice compared to flat ice. Signatures of some other types of ice and open water can vary significantly. So the values of backscattering of an open water surface during weak waves and thin ice on VV-polarization exceed by 5-7 and 2-3 dB, respectively, values on LV-polarization. For the interpretation of SAR - images obtained from satellites such as ERS, RADARSAT, ENVISAT, the signatures of the main types of sea ice require clarification, taking into account the specific characteristics of these radars. Analysis of the results of satellite remote sensing (see Scientific research in the Arctic. Volume 3. Remote sensing of sea ice on the northern sea route: study and application. / Johannessen OM, Alexandrov V.Yu., Frolov I.E. and others. , St. Petersburg, Nauka, 2007, p.213-214) showed that the largest icebergs (with a diameter of 150 m and more) are found, while most of them are not identified. Under appropriate conditions (with a specific effective scattering area greater than that of sea ice and a calm sea surface), it is possible to detect about half of small icebergs (15-60 m in diameter), three quarters of medium icebergs (60-120 m). When mapping small icebergs from SAR images, a large number of false objects appear.

При регулярном сборе данных РСА высокого разрешения объем получаемой информации значительно возрастает. И визуальная интерпретация этих изображений, и оценка параметров морских льдов становятся весьма трудоемкими. Алгоритмы определения параметров морских льдов по РСА-изображениям включают (см. Научные исследования в Арктике. Том 3. Дистанционное зондирование морских льдов на северном морском пути: изучение и применение. / Йоханнессен О.М., Александров В.Ю., Фролов И.Е. и др., СПб., Наука, 2007, с.216-235) классификацию морских льдов, сплоченность морских льдов, дрейф морских льдов, составление ледовых карт по изображениям в оптическом диапазоне и по РСА-изображениям. Целью классификации является отнесение пикселов РСА-изображения к различным категориям морских льдов. Используемые при этом категории главным образом связаны с возрастными видами льдов и деформацией их поверхности. Толщина льдов не определяется по РСА-изображениям. Корректная классификация является важной предпосылкой для оценки таких параметров морских льдов, как их сплоченность, распределение полыней и их формы. Классификация включает предварительную обработку изображений, выделение ледовых объектов, вычисление параметров изображений (сегментов), пиксельную или зонную классификацию с использованием набора вычислительных параметров, завершающий этап обработки.With the regular collection of high-resolution SAR data, the amount of information received increases significantly. Both visual interpretation of these images and estimation of sea ice parameters become very laborious. Algorithms for determining the parameters of sea ice from SAR images include (see Scientific Research in the Arctic. Volume 3. Remote Sensing of Sea Ice on the Northern Sea Route: Study and Application. / Johannessen OM, Aleksandrov V.Yu., Frolov I. E. et al., St. Petersburg, Nauka, 2007, pp. 216-235) classification of sea ice, cohesion of sea ice, sea ice drift, compilation of ice maps from images in the optical range and from SAR images. The purpose of the classification is to assign the pixels of a PCA image to various categories of sea ice. The categories used for this are mainly related to age-related types of ice and deformation of their surface. The thickness of the ice is not determined by SAR images. Correct classification is an important prerequisite for assessing parameters of sea ice, such as their cohesion, distribution of wormwood and their shape. Classification includes preliminary image processing, allocation of ice objects, calculation of image parameters (segments), pixel or zone classification using a set of computational parameters, the final stage of processing.

Предварительная обработка изображения включает в себя радиометрическую и геометрическую коррекции, фильтрацию, подавление спекл-шума и улучшение контрастности и предназначена для обеспечения относительной или абсолютной калибровки изображений и удаления различных артефактов. При проведении радиометрической калибровки в отдельных случаях необходимо выполнить коррекцию диаграммы направленности антенны, ослабления сигнала по дальности, а также от угла наклона, используя известные параметры РСА. При классификации РСА-изображений с широкой полосой обзора также необходимо учитывать угловую зависимость коэффициента обратного рассеяния морских льдов. Для уменьшения этого эффекта может быть применена нормализация на изменение дальности с использованием эмпирических зависимостей для преобладающего на изображении вида льда. Однако это требует априорных знаний о преобладающем на изображении типе льда и не может полностью компенсировать радиометрические зависимости для других типов поверхностей на изображении.Image pre-processing includes radiometric and geometric corrections, filtering, speckle noise suppression and improved contrast and is intended to provide relative or absolute calibration of images and removal of various artifacts. When performing radiometric calibration in some cases, it is necessary to correct the antenna radiation pattern, attenuation of the signal in range, and also from the angle of inclination, using known parameters of the SAR. When classifying SAR images with a wide field of view, it is also necessary to take into account the angular dependence of the backscattering coefficient of sea ice. To reduce this effect, range normalization can be applied using empirical relationships for the prevailing type of ice in the image. However, this requires a priori knowledge of the type of ice prevailing in the image and cannot fully compensate for the radiometric dependences for other types of surfaces in the image.

При классификации изображения без обучения, имеющей целью выделение различных кластеров в пространстве признаков без их отнесения к заранее выбранным классам льдов, требуется только инвариантность радиолокационной сигнатуры объекта от его расположения в пределах того же изображения.When classifying an image without training, with the aim of distinguishing various clusters in the feature space without assigning them to pre-selected classes of ice, only the invariance of the radar signature of the object from its location within the same image is required.

Сегментация является процессом, который разделяет изображение на составляющие части или объекты. Сегмент представляет собой участок изображения с однородными тоновыми и текстурными свойствами. Сегменты изображения могут соответствовать таким объектам, как поля льда, каналы, полыньи, участки деформационного льда. Известные алгоритмы сегментации предназначены для обнаружения ледяных полей на фоне открытой воды или ледяной каши и распознавания полыней. Фундаментальной трудностью задачи сегментации является ее существенная размытость и неопределенность.Segmentation is a process that divides an image into its constituent parts or objects. A segment is a portion of an image with uniform tonal and texture properties. Image segments can correspond to such objects as ice fields, channels, wormwoods, areas of deformation ice. Known segmentation algorithms are designed to detect ice fields against open water or ice porridge and to identify wormwood. The fundamental difficulty of the segmentation problem is its significant fuzziness and uncertainty.

Используемые признаки РСА-изображений принадлежат к трем основным группам: моменты изображения, текстура матрицы смежности тонов и признаки на основе автокорреляционной функции (многолетний лед характеризуется пятнистой структурой изображения, которая объясняется формированием на его поверхности большого количества снежниц в летний период; другим примером является сеть ярких линейных участков изображения, соответствующих грядам торосов на деформированном однолетнем льду). Текстура зависит от пространственного разрешения радиолокатора, пространственного масштаба неоднородностей на поверхности морских льдов и в его объеме. В настоящее время имеется мало информации о крупномасштабных свойствах морских льдов и, как следствие, механизмах формирования текстуры. Набор информативных признаком может отличаться от исследования к исследованию и может зависеть от нескольких факторов, включая географический район, окружающие условия и т.д. Применение текстуры обычно повышает точность классификации, однако не может в полной мере устранить неоднозначности между различными видами льда:The features of SAR images used belong to three main groups: image moments, texture of the adjacency matrix of tones, and signs based on the autocorrelation function (long-term ice is characterized by a spotted image structure, which is explained by the formation of a large number of snowfields on its surface in summer; another example is a network of linear sections of the image corresponding to ridges of hummocks on deformed annual ice). The texture depends on the spatial resolution of the radar, the spatial scale of the inhomogeneities on the surface of the sea ice and in its volume. Currently, there is little information on the large-scale properties of sea ice and, as a consequence, the mechanisms of texture formation. A set of informative features may differ from research to research and may depend on several factors, including geographic area, environmental conditions, etc. The use of texture usually improves the accuracy of classification, however, it cannot fully eliminate the ambiguities between different types of ice:

70-120 см - ровный однолетний лед средней толщины;70-120 cm - smooth annual ice of medium thickness;

>120 см - деформированный средний и толстый однолетний лед, торосистость 2-3 балла;> 120 cm - deformed medium and thick annual ice, hummocking 2-3 points;

>120 см - деформированный средний и толстый однолетний лед, торосистость 3-5 балла;> 120 cm - deformed medium and thick annual ice, hummocking 3-5 points;

10-15 см (серый) и 15-30 см (серо-белый) - молодой лед;10-15 cm (gray) and 15-30 cm (gray-white) - young ice;

5-10 см - нилас, ледяное «сало», пространства открытой воды.5-10 cm - nilas, ice "fat", open water spaces.

Ввиду того, что алгоритм классификации построен на основе линейного дискретного анализа с использованием нейронных сетей для аппроксимации сложных зависимостей между входными и выходными сигналами, способы с использованием признаков РСА-изображений отягощены как объективными, так и субъективными погрешностями. В настоящее время не существует общедоступного набора спутниковых данных, который мог бы быть использован для перекрестной проверки различных алгоритмов. Разработанные алгоритмы обычно включают использование знаний эксперта, которые трудно воспроизвести. Сезонная и пространственная изменчивость свойств морских льдов является препятствием для развития общих подходов, применимых в различные сезоны и в различных полярных районах.Due to the fact that the classification algorithm is based on linear discrete analysis using neural networks to approximate complex dependencies between input and output signals, methods using the characteristics of SAR images are burdened with both objective and subjective errors. There is currently no public satellite dataset that could be used to crosscheck various algorithms. Developed algorithms usually include the use of expert knowledge that is difficult to reproduce. The seasonal and spatial variability of the properties of sea ice is an obstacle to the development of common approaches applicable in different seasons and in different polar regions.

Открытая вода и морские льды имеют широкий диапазон величин обратного рассеяния, которые значительно варьируются в зависимости от скорости ветра и свойств льда, а также от длины волны РСА, угла зондирования и поляризации. Например, обратное рассеяние открытой воды при слабом ветре значительно ниже, чем у льда. В таблице приведены значения разности обратного рассеяния от открытой воды в зависимости от сезона.Open water and sea ice have a wide range of backscatter values, which vary significantly depending on wind speed and ice properties, as well as on the SAR wavelength, sounding angle and polarization. For example, the backscattering of open water with a weak wind is much lower than that of ice. The table shows the difference in backscatter from open water depending on the season.

ТаблицаTable ПараметрParameter ЗимаWinter Конец весныEnd of spring Начало летаEarly summer Середина летаMid summer Конец летаThe end of the summer ОсеньAutumn Разность, дБDifference dB >6,4> 6.4 >6,5> 6.5 >6,6> 6.6 >6,6> 6.6 >1,3> 1.3 >7,2> 7.2

Спокойная водная поверхность в большинстве случаев уверенно различается от многолетнего и однолетнего льдов. Однако в конце лета их разделение может быть затруднено, и даже в период начала ледообразования и зимой вновь образующиеся начальные виды льда и нилас могут иметь схожее со спокойной водой обратное рассеяние. Обратное рассеяние открытой водной поверхности возрастает с увеличением скорости ветра и при скорости ветра 2 м/с достигает характерных для морского дна значений. При ее последующем увеличении до 5 м/с обратное рассеяние водной поверхности становится выше, чем у большинства видов льда. Летом морской лед имеет низкое обратное рассеяние (менее чем 12 дБ), и при скорости ветра больше 5 м/с разность величин обратного рассеяния морского льда и открытой воды превышает 4 дБ.The calm water surface in most cases confidently differs from perennial and annual ice. However, at the end of summer, their separation can be difficult, and even during the beginning of ice formation and in winter, the newly formed initial types of ice and nilas can have backscattering similar to calm water. The backscattering of the open water surface increases with increasing wind speed and at a wind speed of 2 m / s it reaches the values characteristic of the seabed. With its subsequent increase to 5 m / s, the backscattering of the water surface becomes higher than that of most types of ice. In summer, sea ice has a low backscattering (less than 12 dB), and at a wind speed of more than 5 m / s, the difference in backscattering of sea ice and open water exceeds 4 dB.

Среди полей дрейфующего льда обратное рассеяние взволнованной водной поверхности ниже, чем в океане, из-за сглаживания волн и затенения ветра ледяными полями. Поэтому при скоростях ветра в диапазоне 3-10 м/с надежное различение водной поверхности и льда по одноканальным радиолокационным данным невозможно (VV-поляризация). При НН-поляризации при углах зондирования 20-50 градусов обратное рассеяние открытой воды меньше, чем при VV-поляризации, что повышает достоверность оценки за счет увеличения различия обратного рассеяния между льдом и спокойной водой. Однако распознавание спокойной водной поверхности и морских льдов в среднем и дальнем диапазонах полосы обзора затруднено, поскольку обратное рассеяние водной поверхности может быть ниже уровня шумов РСА, а обратное рассеяние морских льдов уменьшается с увеличением угла зондирования. Начальные виды льда и нилас имеют относительно низкое обратное рассеяние и не различаются от открытой воды.Among the fields of drifting ice, the backscattering of an agitated water surface is lower than in the ocean, due to smoothing of waves and shading of the wind by ice fields. Therefore, at wind speeds in the range of 3-10 m / s, reliable distinction between the water surface and ice from single-channel radar data is impossible (VV polarization). With LH polarization at probing angles of 20–50 degrees, backscattering of open water is less than with VV polarization, which increases the reliability of the estimate by increasing the difference in backscattering between ice and calm water. However, the recognition of a calm water surface and sea ice in the middle and far ranges of the field of view is difficult, because the backscattering of the water surface can be lower than the SAR noise level, and the backscattering of sea ice decreases with an increase in the sounding angle. The initial types of ice and nilas have relatively low backscatter and do not differ from open water.

Основными этапами алгоритма определения сплоченности льдов являются:The main stages of the ice concentration determination algorithm are:

Вычисление гистограммы изображения и определение значений σ⁰ _min и σ⁰ _max.Calculation of the image histogram and determination of the values of σ ⁰ _min and σ ⁰ _max .

1. Классификация каждого пиксела, имеющего значение p_ij, как лед, если1. The classification of each pixel having the value p _ij , as ice, if

σ⁰ _min≤p_ij≤σ⁰ _max, и открытая вода, если p_ij<σ⁰ _min или p_ij>σ⁰ _max.σ ⁰ _min ≤p _ij ≤σ ⁰ _max , and open water if p _ij <σ ⁰ _min or p _ij > σ ⁰ _max .

2. Вычисление сплоченности морских льдов в пределах прямоугольных участков классифицированного изображения размером m×n пикселов путем усреднения.2. The calculation of the cohesion of sea ice within the rectangular sections of the classified image size m × n pixels by averaging.

Оценки сплоченности морских льдов зависят от выбора значений порогов обратного рассеяния (σ_min и σ_max), которые могут варьироваться в зависимости от ветра, сезона и географического района.Estimates of the cohesion of sea ice depend on the choice of backscatter thresholds (σ _min and σ _max ), which can vary depending on wind, season, and geographical area.

При использовании метеорологических данных выявляются случаи, когда сигнатуры льда и воды могут быть схожими и принадлежность пиксела к одной из этих категорий не определяется.When using meteorological data, cases are revealed when the signatures of ice and water can be similar and the pixel does not belong to one of these categories.

Наличие спекл-шума на РСА-изображении может привести к классификации некоторых пикселов водной поверхности как льда. Для уменьшения спекл-шума изображение усредняется; при этом размер пиксела увеличивается, например от 12,5 до 100 м.The presence of speckle noise in the SAR image can lead to the classification of some pixels of the water surface as ice. To reduce speckle noise, the image is averaged; while the pixel size increases, for example, from 12.5 to 100 m.

Вычисление сплоченности льда по РСА-изображениям со спутника основано на пороговой классификации. Вначале каждый пиксел помечается как лед или открытая вода, а затем сплоченность льда в процентах вычисляется в окне размером m×n пикселов.The calculation of ice concentration from SAR images from a satellite is based on a threshold classification. First, each pixel is marked as ice or open water, and then the ice concentration as a percentage is calculated in a window of m × n pixels.

Коррекция зависимости обратного рассеяния от дальности необходима.Range correction of backscatter is necessary.

Все пикселы с величиной ниже пороговой классифицируются как лед, а остальные как вода.All pixels below the threshold are classified as ice, and the rest as water.

Общим недостатком известных способов является низкая достоверность оперативного определения характеристик из-за невозможности (в ряде случаев) однозначно отличить взволнованную водную поверхность от разреженного многолетнего льда, спокойную водную поверхность от тонких сплоченных молодых типов льда (например, ниласа), смешанные поля льдов разных возрастных категорий от многолетнего льда, лед, на поверхности которого находится свежевыпавший снежный покров, от молодых льдов и др.A common disadvantage of the known methods is the low reliability of the rapid determination of the characteristics due to the impossibility (in some cases) to clearly distinguish the excited water surface from rarefied perennial ice, calm water surface from thin, cohesive young types of ice (for example, nilas), mixed ice fields of different age categories from perennial ice, ice on the surface of which there is freshly fallen snow cover, from young ice, etc.

Известен способ определения состояния ледяного покрова (см. авторское свидетельство СССР №1788487), в котором в отличие от других известных способов, заключающихся в построении фотоизображений подстилающей поверхности, соответствующих результатам зондирования с аэрокосмических носителей, осуществляемом, например, радиолокатором бокового разрешения (длина волны около 3 см) и определении характеристик подстилающей поверхности экспертным путем (визуальным анализом) полученных фотоизображений, определение состояния ледяного покрова выполняют путем получения спутниковых радиолокационных снимков и снимков в оптическом диапазоне длин волн, а в момент получения радиолокационных снимков устанавливают наличие облачности теплых фронтальных зон по снимкам в оптическом диапазоне длин волн. При этом, если такая облачность имеет место, то проводят повторную радиолокационную съемку в условиях, соответствующих полному изменению метеорологических условий в исследуемом районе.A known method for determining the state of ice cover (see USSR author's certificate No. 1788487), in which, unlike other known methods, consists in constructing images of the underlying surface corresponding to the results of sounding from aerospace carriers, carried out, for example, by lateral resolution radar (wavelength about 3 cm) and determining the characteristics of the underlying surface by an expert way (visual analysis) of the obtained images, determining the state of the ice cover nyayut by receiving satellite radar pictures and the pictures in the optical wavelength range, and at the time of radar images establish the presence of cloudiness warm frontal zones from the images in the optical wavelength range. Moreover, if such cloudiness occurs, then re-radar survey is carried out under conditions corresponding to a complete change in meteorological conditions in the study area.

В общем случае этот способ не обеспечивает достоверное определение характеристик поверхности при изменяющихся сложных метеорологических условиях и в условиях быстрой изменчивости отражательных и излучаемых характеристик подстилающей поверхности. Это объясняется тем, что общая зависимость принятых сигналов радиолокационной станции бокового обзора и радиометра от параметров ледяного покрова является достаточно сложной, так как в пределах элемента разрешения каждого прибора находятся смешанные поля льдов разного возраста, а система уравнений для оценки эффективности площади рассеяния, определяемой по радиолокационной станции бокового обзора и эффективной радиояркостной температуры, определяемой по радиометру содержит четыре неизвестных и соответственно четыре непостоянных параметра, что оказывается неразрешимой задачей для определения значений искомых параметров, а именно частной сплоченности, в пределах разрешения соответственно радиолокатора бокового обзора и радиометра. Устранение данного недостатка в этом способе решается путем использования карт состояния ледового покрова за предшествующую декаду месяца, которые строятся в Гидрометеорологическом центре по обобщенным данным ледовой авиаразведки для арктического бассейна. При этом на текущие изображения, полученные по полям соответственно радиолокационным и радиометрическим способом, наносят вручную контуры однородных состояний ледяного покрова, соответствующие предыдущим картам-схемам. Далее выполняют идентификацию областей с однородными состояниями ледяного покрова. После того, как полностью идентифицированными оказались одна или две области на текущем изображении поверхности и предыдущих картах-схемах, определяют направление и среднюю величину смещения между этими областями. С учетом полученных значений среднего смещения и направления, границы предшествующего положения областей, занесенные на текущую информацию, смещают для более точного соответствия. Данную операцию необходимо выполнять ввиду того, что на изображениях с текущей информацией некоторые области перестают различаться, в то время как на предыдущей карте-схеме они могут различаться. Причинами этого являются ситуации, заключающиеся в нарастании присутствующего в пределах области молодого льда (от нилоса к серому льду), отражательные характеристики которого становятся близкими к характеристикам многолетнего льда, изменении частичной сплоченности многолетнего льда из-за появления ветровых трещин и разводий или выпадении на поверхность нескольких областей многолетнего льда влажного снега. Для однозначно опознанных областей выполняется расчет характеристик ледяного покрова, т.е. определение частной сплоченности льдов разного возраста.In the General case, this method does not provide a reliable determination of surface characteristics under changing complex meteorological conditions and in conditions of rapid variability of the reflective and radiated characteristics of the underlying surface. This is because the general dependence of the received signals of the side-view radar and the radiometer on the parameters of the ice cover is quite complicated, since within the resolution element of each device there are mixed ice fields of different ages, and a system of equations for evaluating the efficiency of the scattering area determined by the radar station side view and effective radio brightness temperature, determined by the radiometer contains four unknown and, accordingly, four non-constant parameter, which turns out to be an insoluble task for determining the values of the desired parameters, namely, private cohesion, within the resolution of the side-scan radar and radiometer, respectively. The elimination of this drawback in this method is solved by using maps of the state of ice cover for the previous decade of the month, which are built in the Hydrometeorological Center according to the generalized data of ice reconnaissance for the Arctic basin. At the same time, the contours of homogeneous states of ice cover corresponding to the previous diagram maps are manually applied to the current images obtained from the fields, respectively, by radar and radiometric methods. Next, identification of areas with homogeneous states of ice cover is performed. After one or two areas on the current surface image and previous chart maps have been completely identified, the direction and average displacement between these areas is determined. Taking into account the obtained values of the average displacement and direction, the boundaries of the previous position of the regions recorded on the current information are shifted for more accurate correspondence. This operation must be performed due to the fact that on the images with current information some areas cease to be different, while on the previous map-scheme they may differ. The reasons for this are situations consisting in the growth of young ice present in the region (from nilos to gray ice), the reflective characteristics of which become close to the characteristics of long-term ice, a change in the partial cohesion of long-term ice due to the appearance of wind cracks and scatter or the precipitation of several areas of perennial ice wet snow. For uniquely identified areas, the calculation of the characteristics of the ice cover is performed, i.e. determination of private cohesion of ice of different ages.

При выполнении идентификации с использованием нескольких карт-схем при переносе изображений необходимо учитывать масштабы карт, т.е. выполнять генерализацию новых карт, в противном случае возможны существенные искажения изображений, а в некоторых случаях и потеря информации.When performing identification using several schematic maps during image transfer, the scale of the maps must be taken into account, i.e. generalize new cards, otherwise significant image distortions, and in some cases information loss, are possible.

Способ имеет высокую трудоемкость как при обработке вновь полученной информации, так и информации, предшествующих наблюдений.The method has a high complexity both when processing newly received information and information from previous observations.

Кроме того, необходимо учитывать проявление маскирующего эффекта в арктических районах, который определяется скоростью изменения метеорологических условий, а также изменение условий дрейфа льда, что требует повторения операций способа через несколько часов, особенно при резком изменении пространственного распределения гидрометеорологических параметров.In addition, it is necessary to take into account the manifestation of a masking effect in the Arctic regions, which is determined by the rate of change of meteorological conditions, as well as the change in ice drift conditions, which requires the method to repeat operations after several hours, especially with a sharp change in the spatial distribution of hydrometeorological parameters.

И если при проведении масштабных исследований в арктическом регионе данный способ имеет применимость при составлении прогноза развития ледовой обстановки в сочетании с использованием информации, полученной от других источников информации (гидрометеорологические станции, суда гидрографической службы и т.п.), то для обеспечения безопасной эксплуатации морских терминалов нефтегазовых месторождений в арктической зоне его эффективность не является достаточной.And if, when conducting large-scale research in the Arctic region, this method is applicable in making a forecast for the development of ice conditions in combination with the use of information received from other sources of information (hydrometeorological stations, vessels of the hydrographic service, etc.), then to ensure the safe operation of marine terminals of oil and gas fields in the Arctic zone, its effectiveness is not sufficient.

Задачей заявляемого технического решения является повышение достоверности определения состояния ледяного покрова.The objective of the proposed technical solution is to increase the reliability of determining the state of the ice cover.

Поставленная цель достигается за счет того, что в способе определения состояния ледяного покрова, включающем получение спутниковых радиолокационных снимков в оптическом диапазоне длин волн, анализ и интерпретацию изображений, интерактивное выделение границ ледовых зон с использованием мозаик из разновременных изображений, в котором при определении возраста и сплоченности льда выполняют томографическую съемку ледяного покрова, толщину льда и морфографические аномалии подводной части ледяного образования определяют посредством параметрического гидроакустического измерителя путем зондирования ледового образования линейными частотно модулированными импульсами.This goal is achieved due to the fact that in the method for determining the state of ice cover, which includes obtaining satellite radar images in the optical wavelength range, analyzing and interpreting images, interactively identifying the boundaries of ice zones using mosaics from different images, in which when determining age and cohesion ice tomographic imaging of the ice cover, the thickness of the ice and the morphographic anomalies of the underwater part of the ice formation are determined by pairs an acoustical hydroacoustic meter by probing ice formation with linear frequency modulated pulses.

Совокупность новых отличительных признаков, заключающихся в том, что при определении возраста и сплоченности льда выполняют томографическую съемку ледяного покрова, толщину льда и морфографические аномалии подводной части ледяного образования определяют посредством параметрического гидроакустического измерителя путем зондирования ледового образования линейными частотно модулированными импульсами, из известного уровня техники не выявлена, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения условию патентоспособности «изобретательский уровень».The set of new distinguishing features, which is that when determining the age and cohesion of ice, tomographic imaging of the ice cover is performed, the thickness of the ice and the morphographic anomalies of the underwater part of the ice formation are determined by a parametric hydroacoustic meter by probing the ice formation by linear frequency modulated pulses, from the prior art revealed that allows us to conclude that the proposed technical solution meets the condition of the patent the ability to "inventive step".

Одним из существенных преимуществ параметрических гидроакустических антенн является их широкополосность. При этом на всех частотах сохраняется одинаковая направленность в режиме излучения. Такие широкополосные источники звука весьма полезны при изучении отражательных свойств ледовых образований. С их помощью, используя одну антенну, можно измерять акустические характеристики практически во всем диапазоне рабочих частот. Исследования могут выполняться оперативно вплоть до измерения амплитудно-частотной характеристики за одну посылку при использовании зондирующих линейных частотно модулированных импульсов. Последнее обстоятельство особенно важно при непрерывно изменяющихся морских условиях измерений.One of the significant advantages of parametric sonar antennas is their broadband. In this case, at all frequencies the same directivity is maintained in the radiation mode. Such broadband sound sources are very useful in studying the reflective properties of ice formations. With their help, using a single antenna, it is possible to measure acoustic characteristics in almost the entire range of operating frequencies. Investigations can be carried out promptly up to measuring the amplitude-frequency characteristics in one package using probing linear frequency-modulated pulses. The latter circumstance is especially important under continuously changing marine measurement conditions.

В гидролокации величину эхо-сигнала, отраженного от подводного объекта, принято характеризовать силой цели. Измерения частотных зависимостей силы цели с применением параметрических гидроакустических локаторов для исследования отражательных свойств объектов возможно выполнять в широком частотном диапазоне.In sonar, the magnitude of the echo reflected from the underwater object is usually characterized by the strength of the target. It is possible to measure the frequency dependences of the target force using parametric sonar locators to study the reflective properties of objects in a wide frequency range.

Для акустически жестких объектов сферической формы величина силы цели в промежуточной области между релеевским и геометрическим рассеяниями, т.е. в области, где 1<ka<10 (а - радиус), k=2π/λ - волновое число, колеблется, асимптотически приближаясь к своему постоянному значению при ka>>1. Причина этих колебаний, как показали теоретические и экспериментальные исследования, заключаются в переизлучении поверхностных и дифрагированных волн, которые вносят свой вклад в процесс формирования эхо-сигнала наряду с зеркальным отражением. Возникшая интерференция между указанными типами волн при достаточной длительности зондирующих импульсов приводит к осцилляциям в частотных зависимостях силы цели.For acoustically rigid objects of a spherical shape, the magnitude of the target force in the intermediate region between Rayleigh and geometric scattering, i.e. in the region where 1 <ka <10 (a is the radius), k = 2π / λ is the wave number, oscillates, asymptotically approaching its constant value for ka >> 1. The reason for these oscillations, as shown by theoretical and experimental studies, is the re-emission of surface and diffracted waves, which contribute to the process of echo formation along with mirror reflection. The resulting interference between the indicated types of waves with a sufficient duration of the probe pulses leads to oscillations in the frequency dependences of the target force.

Уровень этих осцилляций, количество, интервал частот между ними определяется физическими параметрами объекта, его геометрическими размерами. Этот факт предполагает возможным использовать в качестве одного из простых и достаточно информативных признаков классификации частотную зависимость силы цели.The level of these oscillations, the quantity, the frequency interval between them is determined by the physical parameters of the object, its geometric dimensions. This fact suggests that it is possible to use the frequency dependence of the target force as one of the simple and fairly informative signs of classification.

С целью исследования возможности использования частотных зависимостей силы цели в качестве классификационных признаков были проведены измерения с помощью широкополосного параметрического источника. При этом в излучающем тракте параметрической гидроакустической локационной системы реализован двухканальный метод формирования исходных сигналов со средней частотой накачки 165 кГц. Диапазон разностных частот составлял 5-50 кГц. Перестройка частоты в указанном диапазоне осуществлялась как в течение длительности импульса по линейному закону, так и в режиме медленно меняющейся частоты от импульса к импульсу через 2, 4, 8 посылок. Шаг перестройки разностной частоты составлял 0,2 кГц.In order to study the possibility of using the frequency dependences of the target force as classification features, measurements were performed using a broadband parametric source. At the same time, a two-channel method for generating the initial signals with an average pump frequency of 165 kHz is implemented in the radiating path of the parametric hydroacoustic location system. The range of difference frequencies was 5-50 kHz. Frequency tuning in the indicated range was carried out both during the pulse duration according to the linear law, and in the mode of slowly changing frequency from pulse to pulse after 2, 4, 8 transmissions. The tuning step of the difference frequency was 0.2 kHz.

Девиация разностной частоты прямого и отраженного сигнала составила 30-40 кГц. Разница коэффициентов усилителя приемного тракта для каналов прямого и отраженного импульса отличается на величину, равную расстоянию между объектами. Частота биений зависит от девиации частоты излучаемого сигнала и расстояния между объектами. Таким образом, по форме отраженного линейного частотно-модулированного сигнала можно различать одиночную и групповую цели и оценивать расстояние между элементами групповой цели при расположении объектов на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса.The deviation of the difference frequency of the direct and reflected signal was 30–40 kHz. The difference in the coefficients of the amplifier of the receiving path for the channels of the direct and reflected pulse differs by an amount equal to the distance between the objects. The beat frequency depends on the deviation of the frequency of the emitted signal and the distance between the objects. Thus, according to the shape of the reflected linear frequency-modulated signal, it is possible to distinguish between single and group targets and estimate the distance between the elements of the group target when the objects are located at distances shorter than the duration of the probe pulse.

Ввиду того, что характер чередований максимумов и минимумов, а также абсолютные значения силы цели и интервал частот между минимальными и максимальными значениями силы цели в данном диапазоне частот являются различными, это позволяет различать эти объекты по их частотным характеристикам, а также оценивать размер этих сфер по интервалу частот между минимальными и максимальными значениями силы цели на частотных зависимостях (Клей К., Медвин Г. Акустическая океанография. Основы и применения. - М.: Мир, 1980, 580 с.).Due to the fact that the nature of the alternation of maxima and minima, as well as the absolute values of the target strength and the frequency interval between the minimum and maximum values of the target strength in a given frequency range, are different, this allows us to distinguish these objects by their frequency characteristics, as well as to estimate the size of these spheres by the frequency interval between the minimum and maximum values of target power on the frequency dependencies (Clay K., Medvin G. Acoustic oceanography. Fundamentals and applications. - M.: Mir, 1980, 580 p.).

Совпадение огибающих отраженных сигналов от ледяных образований с их частотными зависимостями дает возможность за одну посылку судить о частотных характеристиках отражающих элементов ледяного образования. По характеру частотных зависимостей силы цели элементов ледяного образования можно различать одиночные объекты (кили) от групповых при их расположении на расстоянии, величина которого составляет меньше половины длительности зондирующего импульса.The coincidence of the envelopes of the reflected signals from ice formations with their frequency dependences makes it possible for one premise to judge the frequency characteristics of the reflecting elements of the ice formation. By the nature of the frequency dependences of the target strength of the ice formation elements, it is possible to distinguish single objects (keels) from group objects when they are located at a distance whose value is less than half the duration of the probe pulse.

Метод когерентного импульсного протонного спинового эха позволяет исследовать физико-химические свойства морской воды на молекулярном уровне.The method of coherent pulsed proton spin echo allows you to study the physicochemical properties of sea water at the molecular level.

Сущность предлагаемого технического решения поясняется чертежами.The essence of the proposed technical solution is illustrated by drawings.

Фиг.1. Архитектура реализации способа, которая включает добычную платформу 1, морской терминал 2, ледовые поля 3, автономные донные станции 4, летательный аппарат 5. Автономные донные станции 4, летательный аппарат 5, морской терминал 2 оснащены гидроакустическими средствами 6, включающими также каналы гидроакустической связи. Летательный аппарат 5 оснащен спин - протонным зондом 7, который также может быть установлен на ледовом поле 3 посредством парашютной системы. Летательный аппарат 5 может быть также оснащен электронно-оптической и инфракрасной системами и видеокамерами. Передача изображений может передаваться на расстояние до 100 км. Аналогом летательного аппарата является беспилотный комплекс ледовой разведки типа "Дозор", способный взлетать как с катапульты судна, например ледокола, или с добычной платформы. Скорость полета аппарата составляет до 200 км/ч, и он может находиться в полете до 8 часов (Робот исследует льды // Пресс Регион Плюс, №1, февраль, 2009, СПб, с.4).Figure 1. The architecture of the implementation of the method, which includes the mining platform 1, marine terminal 2, ice fields 3, autonomous bottom stations 4, aircraft 5. Autonomous bottom stations 4, aircraft 5, marine terminal 2 are equipped with hydroacoustic means 6, which also include hydroacoustic communication channels. The aircraft 5 is equipped with a spin - proton probe 7, which can also be installed on the ice field 3 by means of a parachute system. Aircraft 5 can also be equipped with electron-optical and infrared systems and video cameras. Image transmission can be transmitted up to 100 km away. An analogue of the aircraft is the Dozor-type unmanned ice reconnaissance system, capable of taking off from a ship’s catapult, such as an icebreaker, or from a mining platform. The flight speed of the device is up to 200 km / h, and it can be in flight for up to 8 hours (The robot examines ice // Press Region Plus, No. 1, February, 2009, St. Petersburg, p.4).

Добычная платформа 2 также оснащена метеорологическим локатором 8 и спутниковым каналом связи 9.The mining platform 2 is also equipped with a meteorological locator 8 and a satellite communication channel 9.

Фиг.2. Структурная схема формирователя сигналов накачки излучающего тракта акустического измерителя 6.Figure 2. The structural diagram of the driver of the pump signals of the emitting tract of the acoustic meter 6.

Излучающий тракт акустического измерителя состоит из генераторов 10, 11, управляемых напряжением, сигналы синусоидальной формы с частотами соответственно ω₁ и ω₂ подаются на входы сумматора 12 и коммутатора 13. С выхода сумматора 12 сигнал в виде биений также поступает на коммутатор 13. С выхода коммутатора 13 синусоидальные сигналы или биения через аналоговые умножители 14, 15, управляемые импульсным генератором 16, подаются на регулируемые выходные усилители 17, 18, с выходов которых, усиленные до необходимой величины, подаются соответственно на выходные разъемы генераторов 19, 20. Импульсный генератор 21, для обеспечения привязки по фазе начала и конца излучения к нулю биений, синхронизируется сигналами генераторов 19 и 20. По приходу запускающего импульса импульсный генератор 21 вырабатывает прямоугольные импульсы, соответствующие уровням ТТЛ, и пилообразный импульс, равный по длительности прямоугольному. Амплитуда пилообразного импульса постоянна и не зависит от его длительности. Кроме того, импульсный генератор 16 генерирует сигнал в виде прямоугольных импульсов, который подается на специализированную схему контроля 22. Управление частотами генераторов 10 и 11 осуществляется с помощью формирователя управляющих напряжений 23, на вход которого подается либо пилообразный импульс, либо ступенчато изменяющееся напряжение, генерируемое генератором 24 ступенчато-изменяющегося напряжения, работа которого синхронизируется импульсным генератором 16. Для нанесения частотных меток при записи частотных характеристик на ленте самописца служит генератор меток 26, на входы которого подаются опорная частота с кварцевого генератора меток 25 и синусоидальный сигнал с частотой, равной мгновенной разностной частоте, снимаемой с преобразователя частоты 27. Контроль необходимых параметров осуществляется схемой контроля 22, с выхода которой код измеренной величины подается на панель семисегментных светодиодных индикаторов 28.The emitting path of the acoustic meter consists of voltage-controlled oscillators 10, 11, sinusoidal signals with frequencies ω ₁ and ω _2, respectively, are supplied to the inputs of adder 12 and switch 13. From the output of adder 12, the signal in the form of beats also arrives at switch 13. From the output switch 13 sinusoidal signals or beats through analog multipliers 14, 15, controlled by a pulse generator 16, are fed to adjustable output amplifiers 17, 18, from the outputs of which, amplified to the required value, are fed respectively to the driving connectors of the generators 19, 20. The pulse generator 21 is synchronized by the signals of the generators 19 and 20 to ensure that the start and end of the radiation are phase-locked to zero. Upon arrival of the triggering pulse, the pulse generator 21 generates rectangular pulses corresponding to the TTL levels and a sawtooth pulse, equal in duration to rectangular. The amplitude of the sawtooth pulse is constant and does not depend on its duration. In addition, the pulse generator 16 generates a signal in the form of rectangular pulses, which is fed to a specialized control circuit 22. The frequencies of the generators 10 and 11 are controlled by a control voltage generator 23, the input of which is either a sawtooth pulse or a stepwise varying voltage generated by the generator 24 step-varying voltage, the operation of which is synchronized by a pulse generator 16. For applying frequency labels when recording frequency characteristics on tapes the recorder uses a tag generator 26, to the inputs of which a reference frequency is supplied from the quartz tag generator 25 and a sinusoidal signal with a frequency equal to the instantaneous difference frequency taken from the frequency converter 27. The necessary parameters are monitored by a control circuit 22, from the output of which a measured value code is supplied to seven-segment LED panel 28.

С выходов формирователя сигналов накачки поступают на широкополосные усилители мощности 29, 30, работающие в импульсном режиме на активную нагрузку 30 Ом и обеспечивающие электрическую мощность 3 кВт, излучаемую антенной 31.From the outputs of the driver of the pump signals, they are supplied to broadband power amplifiers 29, 30, operating in a pulsed mode for an active load of 30 Ohms and providing an electric power of 3 kW emitted by the antenna 31.

Преобразователем накачки является плоская двухрезонансная антенна мозаичного типа. Антенна набрана из элементов пьезокерамики ЦТС-19 и ЦТСНВ-1 с резонансными частотами 150 и 180 кГц.The pump converter is a mosaic-type flat two-resonance antenna. The antenna is composed of piezoelectric ceramics TsTS-19 and TsTSNV-1 with resonant frequencies of 150 and 180 kHz.

Фиг.3. Блок-схема приемного тракта включает антенный блок 32, амплитудные ограничители 33 и 34 для сильных входных сигналов, амплитудный ограничитель 35, схему запирания 36, схему формирования импульса 37, усилители 38, 39 и 40 с регулируемым коэффициентом усиления, схему преобразования частоты заполнения 41, усилитель ограничитель 42, схемы ВАРУ 43 и 44, фильтр нижних частот 45, схему формирования видеосигнала метки 46, блоки фильтров верхних частот 47 и 49, усилитель 48, два ключа 50 и 55, блок фильтров низких частот 51, формирователь импульсов 52, ключи 53 и 57, сумматор 54, согласующий усилитель 56, ключ 57, сумматор 58, усилитель 59, ФАПЧ 60, согласующий усилитель 61, переключатель 62 на три положения 63, 64, 65 соответственно, переключатель 66 на три положения 67, 68, 69 соответственно и переключатель 70.Figure 3. The block diagram of the receiving path includes an antenna unit 32, amplitude limiters 33 and 34 for strong input signals, an amplitude limiter 35, a locking circuit 36, a pulse generating circuit 37, amplifiers 38, 39 and 40 with an adjustable gain, a frequency conversion circuit 41, amplifier limiter 42, VARU 43 and 44 circuits, low-pass filter 45, label 46 video signal generation circuit, high-pass filter blocks 47 and 49, amplifier 48, two keys 50 and 55, low-pass filter block 51, pulse shaper 52, keys 53 and 57, adder 54, matching amplifier 56, key 57, adder 58, amplifier 59, PLL 60, matching amplifier 61, switch 62 to three positions 63, 64, 65, respectively, switch 66 to three positions 67, 68, 69, respectively, and switch 70.

Приемный тракт имеет два входа 71 и 72, соответственно низкочастотного и высокочастотного сигналов, и четыре выхода 73, 74, 75 и 76. Выход 73 является выходом низкочастотных сигналов, выход 74 обеспечивает связь с регистратором, выход 75 является выходом разностной частоты F, выход 76 является выходом импульса запуска.The receiving path has two inputs 71 and 72, respectively, of the low-frequency and high-frequency signals, and four outputs 73, 74, 75 and 76. Output 73 is the output of low-frequency signals, output 74 provides communication with the recorder, output 75 is the output of the differential frequency F, output 76 is the output of the trigger pulse.

Антенный блок 32 содержит широкополосную антенну, резонансную, низкочастотную и высокочастотную антенны. Основной приемной антенной является широкополосная приемная антенна, которая представляет собой цилиндрический гидрофон, помещенный в конический отражатель из пенопласта. Гидрофон набран из трех цилиндрических преобразователей из керамики ЦТСНВ-1 с тангенциальной поляризацией. Цилиндры соединены между собой последовательно и склеены по торцам. Размеры активной части гидрофона составляют 35 мм в диаметре и 100 мм высотой. Размеры антенны 300 мм в диаметре и 160 мм высотой. Чувствительность в диапазоне 5-50 кГц - 1 мВ/Па, с неравномерностью не хуже минус 3 дБ. Диаграмма направленности на частоте 10 кГц составляет 30 градусов. Коэффициент усиления составляет 28 дБ, динамический диапазон 80 дБ, уровень шумов, приведенных ко входу, в диапазоне 50 кГц не более 4 мкВ. Наряду с широкополосной антенной к приемному тракту подключены резонансная, низкочастотная и высокочастотная антенны. С антенн сигнал поступает в приемник, в котором он усиливается и обрабатывается, после чего подается на регистрирующие и измерительные приборы. Приемник содержит три канала: низкочастотный канал и два канала регистрации эхо-сигналов с частотами накачки. Низкочастотный канал состоит из функциональных блоков 33, 36, 40, 43, 47, 51, 56. Принимаемый низкочастотный сигнал подается на вход амплитудного ограничителя для сильных входных сигналов 33, с которого сигнал поступает на схему запирания 36 входа приемника на временной промежуток Δt≥τ_имп, где τ_имп, - длительность импульса. Схема формирования 37 импульса управления синхронизирована передним фронтом импульса запуска. Сигнал с выхода формирователя поступает на управляющий вход ключа 36. После ключа сигнал усиливается в усилителе 40 с регулируемым коэффициентом усиления и подается на схему ВАРУ 43. На другой вход схемы ВАРУ 43 подается сигнал управления, сформированный схемой формирования сигнала ВАРУ 44 и соответствующий одному из законов изменения коэффициента пропускания от времени (101gt, 201gt, 301gt и 401gt). После схемы ВАРУ низкочастотный сигнал разностной частоты F проходит через набор фильтров нижних 51 и верхних 47 частот. С выхода фильтров сигнал поступает на согласующий усилитель 56.The antenna unit 32 contains a broadband antenna, a resonant, low-frequency and high-frequency antenna. The main receiving antenna is a broadband receiving antenna, which is a cylindrical hydrophone placed in a conical foam reflector. The hydrophone is composed of three cylindrical transducers made of ceramic TsTSNV-1 with tangential polarization. Cylinders are interconnected in series and glued at the ends. The dimensions of the active part of the hydrophone are 35 mm in diameter and 100 mm in height. The dimensions of the antenna are 300 mm in diameter and 160 mm high. Sensitivity in the range of 5-50 kHz - 1 mV / Pa, with unevenness no worse than minus 3 dB. The radiation pattern at a frequency of 10 kHz is 30 degrees. The gain is 28 dB, the dynamic range is 80 dB, the noise level brought to the input in the range of 50 kHz is not more than 4 μV. Along with a broadband antenna, resonant, low-frequency and high-frequency antennas are connected to the receiving path. From the antennas, the signal enters the receiver, in which it is amplified and processed, after which it is fed to the recording and measuring instruments. The receiver contains three channels: a low-frequency channel and two channels for recording echo signals with pump frequencies. The low-frequency channel consists of functional blocks 33, 36, 40, 43, 47, 51, 56. The received low-frequency signal is fed to the input of the amplitude limiter for strong input signals 33, from which the signal is fed to the receiver input locking circuit 36 for a time interval Δt≥τ _imp , where τ _imp , is the pulse duration. The control pulse generating circuit 37 is synchronized by the leading edge of the trigger pulse. The signal from the output of the shaper enters the control input of the key 36. After the key, the signal is amplified in an amplifier 40 with an adjustable gain and fed to the VARU 43 circuit. The control signal generated by the VARU 44 signal generation circuit and corresponding to one of the laws is supplied to the other VARU 43 circuit input. transmittance changes over time (101gt, 201gt, 301gt and 401gt). After the VARU circuit, the low-frequency differential frequency signal F passes through a set of filters of the lower 51 and upper 47 frequencies. From the output of the filters, the signal is fed to a matching amplifier 56.

Первый канал регистрации эхо-сигналов с частотами накачки состоит из блоков 34, 38, 41, 45, 48, в котором после амплитудного ограничителя 34 эхо-сигналы усиливаются усилителем с регулируемым коэффициентом усиления 38 и поступают на схему преобразования частоты заполнения 41. Здесь частота заполнения импульсов (она равна частотам накачки) преобразуется в разностную частоту, генерируемую в данный момент времени в воде. Далее сигнал фильтруется от высокочастотных продуктов преобразования фильтром нижних частот 45 и усиливается усилителем 48.The first channel for recording echo signals with pump frequencies consists of blocks 34, 38, 41, 45, 48, in which, after the amplitude limiter 34, the echo signals are amplified by an amplifier with adjustable gain 38 and fed to the duty cycle conversion circuit 41. Here, the fill frequency pulses (it is equal to the pump frequencies) is converted to the difference frequency generated at a given time in water. Next, the signal is filtered from high-frequency conversion products by a low-pass filter 45 and amplified by an amplifier 48.

Второй канал регистрации эхо-сигналов с частотами накачки состоит из блоков 35, 39, 42, 46, 50, 49, 54, 55. Входной сигнал поступает на амплитудный ограничитель 35, после чего усиливается в усилителе с регулируемым коэффициентом усиления 38. С выхода усилителя 38 сигнал поступает на вход усилителя-ограничителя 42 и после нормирования уровня подается на пороговую схему формирования видеосигнала метки 46. С выходов пороговой схемы сигналы поступают на два ключа 54 и 55. Ключ 54 выполняет роль модулятора непрерывного сигнала (с частотой заполнения, необходимой для работы регистрирующих и обрабатывающих устройств) видеосигналом с выхода схемы формирования 46. Ключ 55 построен таким образом, что запрещает приход низкочастотного сигнала низкочастотного канала, преобразованного системой фазовой автоподстройки частоты (ФАПЧ) 60 на сумматор 54 на время прихода сигнала метки. Таким образом, сумматор 54 осуществляет суммирование сигнала метки и сигнала, принятого низкочастотным каналом.The second channel for recording echo signals with pump frequencies consists of blocks 35, 39, 42, 46, 50, 49, 54, 55. The input signal is fed to the amplitude limiter 35, and then amplified in an amplifier with an adjustable gain 38. From the output of the amplifier 38, the signal is fed to the input of the amplifier-limiter 42 and, after leveling, the signal is supplied to the threshold circuit for generating the video signal of the label 46. From the outputs of the threshold circuit, the signals are sent to two keys 54 and 55. The key 54 acts as a modulator of a continuous signal (with the filling frequency necessary for the operation of recording and processing devices) by a video signal from the output of the formation circuit 46. The key 55 is constructed in such a way that prevents the low-frequency signal of the low-frequency channel converted by the phase-locked loop (PLL) 60 to the adder 54 for the time of the arrival of the tag signal. Thus, the adder 54 sums the label signal and the signal received by the low frequency channel.

Наличие трех разных каналов на частоте накачки позволяет решать задачи, связанные с определением, посредством локации характеристик таких сложных объектов, как структура и конфигурация подводной части ледяных полей.The presence of three different channels at the pump frequency allows us to solve the problems associated with the determination by locating the characteristics of such complex objects as the structure and configuration of the underwater ice fields.

Функциональная схема приемника построена таким образом, что позволяет реализовать как раздельную работу каждого из каналов с выходом как на аппаратуру регистрации и обработки, так и совместную.The functional diagram of the receiver is constructed in such a way that it allows to realize both separate operation of each channel with access to both registration and processing equipment, and joint.

Система ФАПЧ 60 позволяет организовать селективный синхронный прием для медленно меняющихся по частоте принимаемых сигналов, а также реализовать автоматическое преобразование сигналов разностной частоты в рабочую частоту аппаратуры регистрации и обработки сигналов.The PLL 60 system allows you to organize selective synchronous reception for slowly varying frequency of received signals, as well as implement automatic conversion of difference frequency signals to the operating frequency of the signal recording and processing equipment.

При самостоятельной работе низкочастотного канала сигнал с выхода усилителя 56 поступает непосредственно на вход низкой частоты, с которого низкочастотный сигнал используется для анализа частотного спектра узкополосного или широкополосного сигналов. Этот же сигнал поступает через переключатель 62 на вход системы ФАПЧ 60, с выхода которой подается либо на ключ 55, либо после усиления в согласующем усилителе 61 на выход для подключения регистрирующей аппаратуры. Этот режим работы предусматривает возможность усиления, регистрации, индикации, измерения и обработки принимаемых сигналов только разностной частоты. Переключатели 62 и 66 находятся при этом в положении 63 и 67 соответственно.In the independent operation of the low-frequency channel, the signal from the output of the amplifier 56 is fed directly to the low-frequency input, from which the low-frequency signal is used to analyze the frequency spectrum of narrow-band or wide-band signals. The same signal enters through the switch 62 to the input of the PLL 60, from the output of which it is supplied either to the key 55, or after amplification in the matching amplifier 61 to the output for connecting the recording equipment. This mode of operation provides for the possibility of amplification, registration, indication, measurement and processing of received signals of only difference frequency. The switches 62 and 66 are in position 63 and 67, respectively.

Самостоятельная работа первого канала регистрации эхо-сигналов с частотами накачки позволяет принимать, усиливать и регистрировать сигналы накачки параметрического гидролокатора. При этом сигнал с выхода канала проходит дополнительно ключ 53, сумматор сигналов 58 и усилитель 59. После системы ФАПЧ 60 и усилителя 61 он поступает на выход для подключения регистрирующей аппаратуры. При этом переключатель 77 находится в разомкнутом состоянии, исключая при этом влияние узлов 52 и 57. Переключатели 62 и 66 находятся в положении 64 и 68 соответственно, обеспечивая нормальное прохождение сигнала к системе ФАПЧ 60 и согласующему усилителю 61.The independent operation of the first channel for recording echo signals with pump frequencies allows receiving, amplifying, and recording pump signals of a parametric sonar. In this case, the signal from the channel output additionally passes the key 53, the signal adder 58 and the amplifier 59. After the PLL system 60 and the amplifier 61, it enters the output for connecting the recording equipment. In this case, the switch 77 is in the open state, excluding the influence of nodes 52 and 57. The switches 62 and 66 are in position 64 and 68, respectively, providing a normal signal flow to the PLL system 60 and matching amplifier 61.

Отдельная работа второго канала регистрации эхо-сигналов с частотами накачки позволяет принимать и регистрировать эхо-сигналы волн накачки параметрического гидролокатора. В отличие от первого канала регистрации эхо-сигналов с частотами накачки, позволяющего получать реальную локационную обстановку на частотах накачки, второй канал при зондировании границы водная поверхность - атмосфера и водная поверхность - лед позволяет отмечать кромки границ, регистрация которых на низких частотах (разностной частоте) не всегда возможна из-за особенностей акустических характеристик на границах раздела поверхностей. При этом протяженность отметки кромок вне зависимости от длительности излучаемого импульса, которая может быть значительной при низких частотах, укорачивается в схеме формирования метки 46. В конечном итоге линия границ прописывается на регистраторе в виде тонкой однотонной линии. Переключатель 70, при этом, находится в разомкнутом состоянии.The separate operation of the second channel for recording echo signals with pump frequencies allows the reception and recording of echo signals of the pump waves of a parametric sonar. Unlike the first channel for recording echo signals with pump frequencies, which makes it possible to obtain a real location situation at pump frequencies, the second channel, when probing the boundary between the water surface - atmosphere and water surface - ice, makes it possible to mark the edges of the boundaries, the registration of which at low frequencies (difference frequency) not always possible due to the characteristics of the acoustic characteristics at the interfaces. In this case, the length of the edge mark, regardless of the duration of the emitted pulse, which can be significant at low frequencies, is shortened in the marking circuit 46. As a result, the boundary line is written on the recorder in the form of a thin monophonic line. The switch 70, in this case, is in the open state.

При совмещенных режимах работы каналов приемника, что обеспечивается соответствующими состояниями переключателей, подключающих ту или иную группу соответствующих блоков, реализуются режим совместной регистрации границ раздела поверхностей сигналом накачки и эхо-сигналами на разностной частоте и режим сдвоенной посылки и параллельной регистрации локационной обстановки на частотах накачки и на разностной частоте.When the operating modes of the receiver channels are combined, which is ensured by the corresponding states of the switches connecting a particular group of corresponding blocks, the regime of joint registration of interface interfaces by a pump signal and echo signals at a difference frequency and the dual sending mode and parallel registration of a location situation at pump frequencies and at the differential frequency.

Формирователь сигналов накачки и излучающего тракта представляет собой аппаратурно-программный комплекс синтезатора сигнала накачки и обеспечивает задание, ввод, корректировку значений параметров генерируемого сигнала в интерактивном режиме и генерацию сигналов накачки с заданными значениями параметров.The pump signal generator and the radiating path is a hardware-software complex of the pump signal synthesizer and provides the task, input, correction of the generated signal parameters in the interactive mode and the generation of pump signals with the given parameter values.

Синтезатор сигналов накачки генерирует сигналы в диапазоне частот 5-200 кГц с плавным изменением частоты. Кроме двухкомпонентного сигнала возможно формирование многокомпонентного сигнала накачки с количеством компонент до 10. При этом осуществляются амплитудная и частотная модуляция компонент. На выходе синтезатора, выходное сопротивление которого не превышает 600 Ом, формируется биполярный сигнал с амплитудой 5 В.A pump signal synthesizer generates signals in the frequency range 5-200 kHz with a smooth change in frequency. In addition to a two-component signal, it is possible to form a multi-component pump signal with the number of components up to 10. In this case, the amplitude and frequency modulation of the components is carried out. At the output of the synthesizer, the output impedance of which does not exceed 600 Ohms, a bipolar signal is formed with an amplitude of 5 V.

Аппаратурная часть синтезатора сигналов содержит персональную ЭВМ типа IBM, совместимую с подключенным к ней специализированным интерфейсным блоком. На ПЭВМ реализованы ввод параметров и расчет мгновенных значений сигнала накачки. Массив мгновенных значений сигналов накачки передается в интерфейсный блок, где преобразуется в непрерывный аналоговый сигнал, являющийся выходным сигналом формирователя.The hardware of the signal synthesizer contains a personal computer of the IBM type, compatible with a specialized interface unit connected to it. On a PC, parameter input and calculation of the instantaneous values of the pump signal are implemented. An array of instantaneous values of the pump signals is transmitted to the interface unit, where it is converted into a continuous analog signal, which is the output signal of the shaper.

Фиг.4. Блок-схема интерфейсного блока включает системную магистраль IBM PC/AT 78, регистр управления 79, коммутатор 80, регистры данных 81 и 82, счетчики адреса 83 и 84, два ОЗУ 85 и 86, регистры данных 87 и 88, коммутатор 89, ЦАП 90.Figure 4. The block diagram of the interface unit includes the IBM PC / AT 78 system bus, control register 79, switch 80, data registers 81 and 82, address counters 83 and 84, two RAM 85 and 86, data registers 87 and 88, switch 89, DAC 90 .

Связь с ПЭВМ с интерфейсным блоком осуществляется по системной магистрали через два порта ввода-вывода с адресами 100h и 102h. Порт с адресом 100h является 16-разрядным и служит для обмена данными между интерфейсным блоком и ПЭВМ. Порт с адресом 102h выполнен 8-разрядным и является регистром управления работой интерфейсного блока.Communication with the PC with the interface unit is carried out through the system bus through two input-output ports with addresses 100h and 102h. The port with the address 100h is 16-bit and serves for data exchange between the interface unit and the PC. The port with address 102h is 8-bit and is a control unit for the operation of the interface unit.

В состав программного обеспечения входят программные модули, основными из которых являются SINTEZ.EXE, ll.REZ, MODEL.TPU, TST.MOD.The software includes software modules, the main of which are SINTEZ.EXE, ll.REZ, MODEL.TPU, TST.MOD.

Для функционирования программного обеспечения в состав ПЭВМ входит центральный процессор типа 80486. Объем оперативной памяти не менее 640 Кбайт. Монитор типа EGA/VGA. Операционная система DOC версии не менее 4.0.For the functioning of the software, the PC includes a central processor of the type 80486. The amount of RAM is at least 640 KB. Monitor type EGA / VGA. DOC operating system version at least 4.0.

Посредством аппаратурно-программного обеспечения осуществляется расчет массива мгновенных значений выбранного типа сигнала с заданным набором параметров и пересылка их в ОЗУ интерфейсного блока. При этом размер массива соответствует длительности реализации сигнала 10 мс.Using hardware and software, an array of instantaneous values of the selected signal type is calculated with a given set of parameters and sent to the RAM of the interface unit. In this case, the size of the array corresponds to the duration of the implementation of the signal 10 ms.

При окончании расчета и пересылки в один из ОЗУ 85, 86 текущей 10-милисекундной реализации модулируемого сигнала один из ОЗУ переключается на вывод сигнала в ЦАП 90, а другой ОЗУ из режима вывода переключается на прием массива мгновенных значений следующей 10-милисекундной реализации сигнала. Таким образом, расчет и запись в ОЗУ текущей реализации совмещается во времени с выводом предыдущей реализации сигнала.At the end of the calculation and transfer to one of the RAM 85, 86 of the current 10-millisecond implementation of the modulated signal, one of the RAM switches to output the signal to the DAC 90, and the other RAM from the output mode switches to receive an array of instantaneous values of the next 10-millisecond implementation of the signal. Thus, the calculation and recording in RAM of the current implementation is combined in time with the output of the previous signal implementation.

Фиг.5. Блок-схема метеорологического локатора 8 содержит процессорный блок 91, датчики скорости и направления ветра анемометрические 92, датчик атмосферного давления 93, датчики температуры и относительной влажности воздуха 94, датчик метеорологической (оптической) дальности видимости 95, датчик высоты нижней границы облаков 96, блок управления и индикации 97.Figure 5. The block diagram of the meteorological locator 8 contains a processor unit 91, anemometric wind speed and direction sensors 92, an atmospheric pressure sensor 93, temperature and relative humidity sensors 94, a meteorological (optical) range sensor 95, a cloud bottom height sensor 96, a control unit and indications 97.

Метеорологический локатор 8 предназначен для получения, обработки, регистрации, отображения следующей информации:Meteorological locator 8 is designed to receive, process, register, display the following information:

- гидрометеорологических параметров окружающей среды;- hydrometeorological environmental parameters;

- метеорологической информации от метеорологических искусственных спутников (МИСЗ) типа «Метеор», «NOAA» в виде снимков подстилающей поверхности и облачного покрова Земли;- meteorological information from meteorological artificial satellites (MISS) such as "Meteor", "NOAA" in the form of images of the underlying surface and cloud cover of the Earth;

- факсимильной и телеграфной информации от радиометеорологических центров.- facsimile and telegraph information from radio meteorological centers.

Аппаратные и программные средства метеорологического локатора 8 обеспечивают измерение, вычисление, отображение и регистрацию следующих гидрометеорологических параметров окружающей среды:The hardware and software of the meteorological locator 8 provide measurement, calculation, display and registration of the following hydrometeorological environmental parameters:

- скорости кажущегося ветра;- apparent wind speed;

- направления кажущегося ветра;- directions of the apparent wind;

- скорости истинного ветра;- true wind speed;

- направления истинного ветра;- true wind directions;

- атмосферного давления;- atmospheric pressure;

- температуры воздуха;- air temperature;

- относительной влажности воздуха;- relative humidity;

- высоты нижней границы облаков;- the height of the lower boundary of the clouds;

- метеорологической (оптической) дальности видимости.- meteorological (optical) visibility range.

Метеорологический локатор обеспечивает прием сигналов в формате APT от метеорологических ИСЗ в диапазоне от 135 до 138 МГц с шагом перестройки частоты 0,01 МГц, обработку и отображение принятой информации, получение и обработку факсимильной (в формате FAX) и телеграфной (в формате RTTY) гидрометеорологической информации, принимаемой спутниковым каналом связи от передающих радиометеорологических центров.The meteorological locator provides reception of APT signals from meteorological satellites in the range from 135 to 138 MHz with a frequency tuning step of 0.01 MHz, processing and displaying the received information, receiving and processing fax (in FAX format) and telegraph (in RTTY) hydrometeorological information received by the satellite communication channel from transmitting radio meteorological centers.

Прием, обработка, накопление, регистрация и отображение спутниковой, факсимильной и телеграфной метеорологической информации, а также массива данных гидрометеорологических параметров осуществляется с помощью вычислительных средств устройства приема и отображения информации со следующими техническими характеристиками:Reception, processing, accumulation, registration and display of satellite, facsimile and telegraph meteorological information, as well as an array of data of hydrometeorological parameters, is carried out using computing means of a device for receiving and displaying information with the following technical characteristics:

- тактовая частота процессора, МГц, не менее 300;- processor clock speed, MHz, not less than 300;

- объем оперативной памяти, не менее 128 Мбайт;- the amount of RAM, at least 128 MB;

- объем видеопамяти, не менее 16 Мбайт;- the amount of video memory, at least 16 MB;

- объем носителя информации на жестком диске, не менее 4.1 Гбайт;- the volume of the information carrier on the hard disk, not less than 4.1 GB;

- объем носителя информации на гибком диске 1.44 Мбайт;- the volume of the information carrier on the floppy disk is 1.44 MB;

- звуковая плата;- sound card;

- сетевая плата.- network board.

Интерфейсы метеорологического локатора 8 включают:Interfaces for weather locator 8 include:

- 6 последовательных портов RS-232/422;- 6 serial ports RS-232/422;

- 1 параллельный порт (LPT);- 1 parallel port (LPT);

- порт PS/2 для подключения манипулятора трекбол.- PS / 2 port for connecting the trackball manipulator.

Процессорный блок 91 представляет собой настенный приборный шкаф, обеспечивающий энергоснабжение датчиков скорости и направления ветра 92, датчика атмосферного давления 93, датчиков температуры и относительной влажности воздуха 94, датчика метеорологической (оптической) дальности видимости 95, а также обеспечивает прием текущей информации от вышеуказанных датчиков и от датчика высоты нижней границы облаков 96, обрабатывает и выдает ее для визуального отображения оператору на прибор управления и индикации 97.The processor unit 91 is a wall-mounted instrument cabinet that provides power to wind speed and direction sensors 92, atmospheric pressure sensors 93, temperature and relative humidity sensors 94, meteorological (optical) visibility ranges 95, and also provides current information from the above sensors and from the height sensor of the lower boundary of the clouds 96, processes and issues it for visual display to the operator on the control device and display 97.

Датчик скорости и направления ветра 92 содержит измерительный преобразователь и два анемометрических измерительных датчика: скорости ветра (анемометр) и направления ветра (флюгер). Датчик скорости ветра состоит из трехчашечной крыльчатки, вращаемой ветром. На одной оси с крыльчаткой установлен перфорированный диск с отверстиями, который при вращении крыльчатки перекрывает луч света оптоэлектронного преобразователя. Частота импульсов, формируемых оптоэлектронным преобразователем, пропорциональна скорости вращения крыльчатки.The wind speed and direction sensor 92 comprises a measuring transducer and two anemometric measuring sensors: wind speed (anemometer) and wind direction (weather vane). The wind speed sensor consists of a three-cup impeller rotated by the wind. A perforated disk with holes is installed on one axis with the impeller, which, when the impeller rotates, blocks the light beam of the optoelectronic converter. The frequency of the pulses generated by the optoelectronic converter is proportional to the speed of rotation of the impeller.

Чувствительный элемент датчика направления ветра - флюгер, ориентирующийся по направлению ветра. На оси вращения установлен перфорированный диск с отверстиями. Оптоэлектронный преобразователь снимает отсчет углового положения диска с шагом 5,6° и выдает цифровой код положения флюгера в виде кода Грея. Измерительный преобразователь преобразует дискретные отсчеты в линейноизменяющийся ток для токовых измерительных каналов скорости и направления ветра в процессорном блоке 91.The sensitive element of the wind direction sensor is a weather vane, oriented in the direction of the wind. A perforated disk with holes is mounted on the axis of rotation. The optoelectronic converter takes a readout of the angular position of the disc in increments of 5.6 ° and provides a digital code for the position of the wind vane in the form of a Gray code. The measuring transducer converts the discrete readings into a linearly varying current for current measuring channels of speed and wind direction in the processor unit 91.

Датчик скорости и направления ветра 92 содержит нагревательный элемент, который включается посредством термореле при понижении температуры ниже 4°C, и поддерживает внутри датчика необходимую рабочую температуру, и исключает образования льда.The wind speed and direction sensor 92 comprises a heating element, which is switched on by means of a thermal relay when the temperature drops below 4 ° C, and maintains the necessary operating temperature inside the sensor, and eliminates ice formation.

Датчик атмосферного давления 93 - цифровой барометр, чувствительным элементом которого является кремниевая диафрагма, работающий по принципу преобразования атмосферного давления в частоту.Atmospheric pressure sensor 93 is a digital barometer, the sensitive element of which is a silicon diaphragm, operating on the principle of converting atmospheric pressure into frequency.

Датчик температуры и относительной влажности воздуха 94 содержит измерительный преобразователь и чувствительные элементы (платиновый датчик сопротивления и кварцевый преобразователь влажности емкостного типа).The temperature and relative humidity sensor 94 contains a measuring transducer and sensitive elements (a platinum resistance sensor and a capacitive type quartz humidity transducer).

Температура и влажность воздуха изменяют величину сопротивления и емкость преобразователя чувствительного элемента и преобразуются измерительным преобразователем в линейно-изменяющиеся аналоговые сигналы, пропорциональные измеряемой температуре и влажности.Temperature and humidity alter the resistance value and capacitance of the transducer of the sensing element and are converted by the measuring transducer into linearly varying analog signals proportional to the measured temperature and humidity.

Датчик метеорологической (оптической) дальности видимости 95 содержит оптический передатчик - светодиодный излучатель инфракрасного (ИК) света и чувствительный фотодиод - приемник. Приемник и передатчик установлены под определенным углом друг к другу и на определенном расстоянии. Оценка метеорологической (оптической) видимости осуществляется путем измерения показателя ослабления инфракрасного света, вызванного рассеянием и поглощением его в фиксированном зондируемом пространстве. После анализа интенсивности рассеянного сигнала встроенным процессорным устройством, измеренная величина рассеивания преобразуется в показатель оптической дальности видимости и в цифровом коде ASCII передается по линии связи.The meteorological (optical) range sensor 95 contains an optical transmitter - an LED emitter of infrared (IR) light and a sensitive photodiode - receiver. The receiver and transmitter are installed at a certain angle to each other and at a certain distance. Assessment of meteorological (optical) visibility is carried out by measuring the attenuation of infrared light caused by scattering and absorption in a fixed probed space. After analyzing the scattered signal intensity by the built-in processor device, the measured scattering value is converted into an indicator of the optical visibility range and transmitted in the ASCII digital code via the communication line.

Датчик высоты нижней границы облаков 96 - оптический импульсный лазер, зондирующий в вертикальном направлении воздушное пространство импульсом длительностью 100 нс с энергией 1,6 мкДж. Неоднородность воздушного пространства в вертикальном направлении (облака, туман, осадки) вызывает отражение зондирующего импульса, который принимается приемником датчика. По времени задержки между посылкой зондирующего импульса и приходом отраженного сигнала процессор датчика рассчитывает высоту нижней границы облаков и в виде цифрового кода выдает на процессорный блок 91 по линии интерфейса RS-485.The cloud bottom height sensor 96 is an optical pulsed laser probing the airspace in the vertical direction with a pulse of 100 ns duration and an energy of 1.6 μJ. The heterogeneity of the airspace in the vertical direction (clouds, fog, precipitation) causes a reflection of the probe pulse, which is received by the sensor receiver. Based on the delay time between the sending of the probe pulse and the arrival of the reflected signal, the sensor processor calculates the height of the lower boundary of the clouds and gives it to the processor unit 91 in the form of a digital code via the RS-485 interface line.

Посредством блока управления и индикации 97 обеспечиваются следующие режимы работы:By means of the control and display unit 97, the following operating modes are provided:

- режим приема информации от МИСЗ;- mode of receiving information from MISS;

- режим приема факсимильных карт и телеграмм;- mode of receiving fax cards and telegrams;

- режим измерения гидрометеорологических параметров;- measurement mode of hydrometeorological parameters;

- режим контроля функционирования.- operation control mode.

В режиме приема информации от МИСЗ обеспечивается получение снимков подстилающей поверхности и облачного покрова Земли, выполняемых в видимом и инфракрасном диапазонах аппаратурой МИСЗ типа "МЕТЕОР", "NOAA" и передаваемых узкополосным частотно-модулированным сигналом в метровом диапазоне 135-138 МГц. Режим выбирается оператором и осуществляется комплексом программного обеспечения (КПО), установленным в блоке управления и индикации 91.In the mode of receiving information from MISZ, it is possible to obtain images of the underlying surface and cloud cover of the Earth, performed in the visible and infrared ranges by MISZ equipment of the METEOR, NOAA type and transmitted by a narrow-band frequency-modulated signal in the meter band 135-138 MHz. The mode is selected by the operator and is carried out by a software package (KPO) installed in the control and display unit 91.

При нахождении МИСЗ в зоне радиовидимости излучаемый передатчиком спутника сигнал принимается антенной, усиливается антенным усилителем и по кабелю поступает на вход основного или резервного канала приема метеорологического локатора 8. Каждый канал приема метеорологического локатора 8 содержит радиоприемник и блок синтезатора частоты. Сигнал гетеродина синтезируется в соответствии с управляющим кодом, поступающим на синтезатор основного или резервного каналов через основной (или резервный) СОМ порт блока управления и индикации 91. КПО вырабатывает управляющие коды, выбирающие канал приема (основной или резервный), задающие частоту настройки и время включения и выключения приемного канала для организации сеанса приема информации от МИСЗ.When the MISS is in the radio visibility zone, the signal emitted by the satellite transmitter is received by the antenna, amplified by the antenna amplifier and fed via cable to the input of the main or standby receiving channel of the meteorological locator 8. Each receiving channel of the meteorological locator 8 contains a radio receiver and a frequency synthesizer unit. The local oscillator signal is synthesized in accordance with the control code supplied to the synthesizer of the main or standby channels through the main (or standby) COM port of the control and display unit 91. KPO generates control codes that select the receive channel (main or standby), which sets the tuning frequency and turn-on time and turning off the receiving channel for organizing a session of receiving information from MISS.

Принятый основным (или резервным) радиоприемником низкочастотный аналоговый APT сигнал преобразуется в последовательный цифровой поток в блоке синтезатора частоты и выдается на основной или резервный выходы приемного канала. Цифровой поток основного (или резервного) канала с выхода приемного канала поступает соответственно на разъемы СОМ порта блока управления и индикации 91 и с помощью программного обеспечения записывается на жесткий диск, преобразуется в соответствующий графический формат и отображается на экране монитора. Обмен информацией осуществляется по интерфейсу RS-232.The low-frequency analog APT received by the main (or standby) radio receiver is converted into a serial digital stream in the frequency synthesizer unit and is output to the main or standby outputs of the receiving channel. The digital stream of the main (or backup) channel from the output of the receiving channel is supplied respectively to the COM ports of the port of the control and display unit 91 and is written to the hard disk using software, converted to the appropriate graphic format and displayed on the monitor screen. Information is exchanged via the RS-232 interface.

Функционально программное обеспечение метеорологического локатора 8 подразделяется на блоки устройства первичной обработки, выполняющие аналого-цифровое преобразование видеосигнала, осреднение по дальности и количеству импульсов, включение РЛС и управление режимами сканирования антенны по углу места и блоки устройства вторичной обработки, посредством которых осуществляют распознавание метеорологических явлений. При этом используются следующие программные средства:Functionally, the software of the meteorological locator 8 is divided into blocks of the primary processing device that perform analog-to-digital video signal conversion, averaging over the range and number of pulses, turning on the radar and controlling the antenna scanning modes by elevation and blocks of the secondary processing device by which meteorological phenomena are recognized. The following software tools are used:

- операционная система, WINDOWS 95, 98, 2000;- operating system, WINDOWS 95, 98, 2000;

- драйверы платы АЦП ADLink 9812 для WINDOWS 98 или 2000;- ADLink 9812 ADC board drivers for WINDOWS 98 or 2000;

- драйверы платы RS 485.- drivers for the RS 485 board.

Способ реализуется следующим образом.The method is implemented as follows.

Гидроакустическая аппаратура 6 устанавливается на автономных донных станциях 4 и морском терминале 2. При этом реализуется гидроакустический канал связи как между автономными донными станциями 4, так и между автономными донными станциями 4 и морским терминалом 2. Морской терминал 2 связан с добычной платформой по радиоканалу.Hydroacoustic equipment 6 is installed at autonomous bottom stations 4 and the sea terminal 2. At the same time, a hydroacoustic communication channel is implemented between both autonomous bottom stations 4 and between autonomous bottom stations 4 and the sea terminal 2. The sea terminal 2 is connected to the mining platform via a radio channel.

Аналогом автономных донных станций и гидроакустических каналов связи являются устройства, приведенные в описаниях к патентам RU (RU №№2276388, 2294000).The analogs of autonomous bottom stations and hydro-acoustic communication channels are the devices described in the patent descriptions RU (RU No. 2276388, 2294000).

Метеорологический локатор 8, снабженный спутниковым каналом связи, принимает от искусственных спутников Земли, снабженных радиолокационной и оптической аппаратурой, снимки ледовых полей, расположенных в регионе размещения добычной платформы.Meteorological locator 8, equipped with a satellite communication channel, receives from artificial Earth satellites equipped with radar and optical equipment, images of ice fields located in the region where the mining platform is located.

На пульте управления работой добычной платформы 1 анализируют принятую информацию и при выявлении потенциальных ледовых полей, которые при соответствующих гидрометеорологических условиях (скорость и направление ветра, течения и т.п.) могут представлять угрозу для безопасной эксплуатации добычной платформы 1, морского терминала 2 и судов по транспортировке нефти или газа от морского терминала 2, осуществляют наблюдения за развитием окружающей обстановки. Наблюдения за развитием гидрометеорологической ситуации в районе месторождения ведут путем регистрации и анализа зарегистрированных сигналов посредством метеорологического локатора 8, гидроакустических средств, установленных на автономных донных станциях 4, детектирования механизмов спин-фононных взаимодействий в морской воде посредством зонда протонного спинового эха, снабженного спектрометром протонного спинового эха и блоком обработки спин-релаксационных параметров, аналог которого описан (Зверев С.Б. Новый метод исследования динамики вод океана. - Владивосток: Труды Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН, т.3, 1990, с.160-172).On the control panel of the operation of the production platform 1, the received information is also analyzed when identifying potential ice fields, which, under appropriate hydrometeorological conditions (wind speed and direction, currents, etc.) can pose a threat to the safe operation of the production platform 1, sea terminal 2 and ships for the transportation of oil or gas from the sea terminal 2, monitor the development of the environment. Observations of the development of the hydrometeorological situation in the field of the deposit are carried out by recording and analyzing the recorded signals using a meteorological locator 8, hydroacoustic devices installed at autonomous bottom stations 4, detecting the mechanisms of spin-phonon interactions in sea water using a proton spin echo probe equipped with a proton spin echo spectrometer and a processing unit for spin-relaxation parameters, an analog of which is described (Zverev SB, A new research method Dynamics of Ocean Waters. - Vladivostok: Proceedings of the Pacific Oceanological Institute, Far Eastern Branch of the Russian Academy of Sciences, vol. 3, 1990, pp. 160-172).

Зонд протонного спинового эха 7 может быть установлен как непосредственно на ледовом поле, так и на летательном аппарате 5.The proton spin echo probe 7 can be installed either directly on the ice field or on the aircraft 5.

Посредством блока обработки спин-релаксационных параметров выполняют детектирования молекулярных спиновых взаимодействий протонов морской воды в жидкой (морская вода) и твердой фазах (ледовое образование).By means of a processing unit for spin-relaxation parameters, molecular spin interactions of protons of sea water in liquid (sea water) and solid phases (ice formation) are detected.

Определяют τ - время и l - длину корреляции динамических переменных, описывающих потоки энергии или импульса. Параметры t и 1, которые характеризуют затухание во времени и пространстве взаимного влияния молекул, т.е. корреляцию на основании зависимостей:Determine τ - time and l - the length of the correlation of dynamic variables describing the energy or momentum fluxes. The parameters t and 1, which characterize the attenuation in time and space of the mutual influence of molecules, i.e. correlation based on dependencies:

t_p=L/D²,t _p = L / D ² ,

где D - коэффициент диффузии, t_p - температура, t_p=τ(L/l₁)², L - объем, t_p=L/χ, χ - коэффициент температурной проводимости (Большая советская энциклопедия. Под ред. Прохорова A.M. 3-е издание, т.21. - М.: Советская энциклопедия, 1975, с.1854).where D is the diffusion coefficient, t _p is the temperature, t _p = τ (L / l ₁ ) ² , L is the volume, t _p = L / χ, χ is the coefficient of thermal conductivity (Great Soviet Encyclopedia. Edited by Prokhorov AM 3 -th edition, T. 21. - M .: Soviet Encyclopedia, 1975, p. 1854).

Так как время протонной спин-решетчатой релаксации морской воды изменяется в зависимости от температуры (Попов Н.И., Федоров К.Н., Орлов В.М. Морская вода. - М.: Наука, 1979, с.261; Мельниченко Н.А. Влияние основных компонентов морской воды на ее структурные особенности. Океанология, 1975, Т.15, Вып.5, С.839-841.), то ввиду разности температур воздуха, морской воды и ледяного образования определяются площадь и объем ледяного поля, а также выполняется определение характеристик (сплоченность, возраст и т.п.) путем детектирования механизмов спин-фононных взаимодействий в морской воде.Since the time of proton spin-lattice relaxation of sea water varies with temperature (Popov N.I., Fedorov K.N., Orlov V.M. Sea water. - M .: Nauka, 1979, p. 261; Melnichenko N .A. The influence of the main components of sea water on its structural features. Oceanology, 1975, V.15, Issue 5, S.839-841.), Then in view of the difference in temperature of air, sea water and ice formation, the area and volume of the ice field are determined , and also the determination of characteristics (cohesion, age, etc.) is performed by detecting the mechanisms of spin-phonon interactions ystvy in seawater.

Одновременно с регистрацией сигналов посредством зонда протонного спинового эха 7 выполняют локационную съемку нижней подводной части ледяного поля посредством гидролокатора 6.Simultaneously with the registration of signals by means of a proton spin echo probe 7, location-based surveying of the lower underwater part of the ice field is performed using sonar 6.

Приемоизлучающее устройство устанавливается на поворотную платформу, что позволяет осуществлять гидролокационное облучение ледового образования под разными углами и вдоль вертикальных (выступающие кили) и горизонтальных плоскостей ледового образования.The receiving-emitting device is mounted on a turntable, which allows sonar irradiation of the ice formation at different angles and along the vertical (protruding keels) and horizontal planes of the ice formation.

Измерения в области расположения килей выполняются с помощью широкополосного параметрического источника с реализацией в излучающем тракте параметрической гидроакустической локационной системы двухканального метода формирования исходных сигналов со средней частотой накачки 165 кГц, с диапазоном разностных частот, равным 5-50 кГц. Перестройка частоты в указанном диапазоне осуществляется как в течение длительности импульса по линейному закону, так и в режиме медленно меняющейся частоты от импульса к импульсу через 2, 4, 8 посылок. Шаг перестройки разностной частоты составляет 0,2 кГц.Measurements in the area of the keel arrangement are carried out using a broadband parametric source with the implementation in the emitting path of the parametric hydroacoustic location system of a two-channel method for generating the initial signals with an average pump frequency of 165 kHz, with a difference frequency range of 5-50 kHz. Frequency tuning in the indicated range is carried out both during the pulse duration according to the linear law, and in the mode of slowly changing frequency from pulse to pulse after 2, 4, 8 transmissions. The pitch of the difference frequency is 0.2 kHz.

При этом разница коэффициентов усилителя приемного тракта для каналов прямого и отраженного импульса отличается на величину, равную расстоянию между килями ледяного образования. Так как частота биений зависит от девиации частоты излучаемого сигнала и расстояния между килями, то по форме отраженного линейного частотно-модулированного сигнала различают одиночную и групповую цели и оценивают расстояние между элементами групповой цели при расположении объектов на расстояниях, меньших длительности зондирующего импульса.Moreover, the difference in the coefficients of the amplifier of the receiving path for the channels of the direct and reflected pulses differs by an amount equal to the distance between the keels of the ice formation. Since the beat frequency depends on the deviation of the frequency of the emitted signal and the distance between the keels, single and group targets are distinguished by the shape of the reflected linear frequency-modulated signal and the distance between the elements of the group target is estimated at the location of objects at distances shorter than the duration of the probe pulse.

Совпадение огибающих отраженных сигналов от ледяных образований с их частотными зависимостями дает возможность за одну посылку судить о частотных характеристиках отражающих элементов ледяного образования.The coincidence of the envelopes of the reflected signals from ice formations with their frequency dependences makes it possible for one premise to judge the frequency characteristics of the reflecting elements of the ice formation.

По характеру частотных зависимостей силы цели элементов ледяного образования можно различать одиночные объекты (кили) от групповых при их расположении на расстоянии, меньшем половины длительности зондирующего импульса.By the nature of the frequency dependences of the target strength of the elements of ice formation, it is possible to distinguish single objects (keels) from group objects when they are located at a distance less than half the duration of the probe pulse.

Полученные изображения ледяного образования визуализируется на мониторе в полярной системе координат в виде графических файлов bmp-форматов, содержащих изображения результатов нижней поверхности льда, которые при последующей обработке совмещаются с изображениями верхней части (надводной) ледяного поля, полученными посредством метеорологического локатора 8, измерительных средств летательного аппарата 5 и на основании результатов детектирования механизмов спин-фононных взаимодействий в морской среде методом когерентного импульсного протонного спинового эха, что позволяет исследовать физико-химические свойства морской воды на молекулярном уровне с восстановлением механических изменений структуры превращения морской воды в лед, что позволяет восстановить процесс перехода жидкой фазы в твердую фазу с определением характеристик морского льда, по которым судят о состоянии ледяного покрова.The obtained images of the ice formation are visualized on a monitor in the polar coordinate system in the form of graphic bmp-format files containing images of the results of the lower ice surface, which, after subsequent processing, are combined with the images of the upper part (surface) of the ice field, obtained by meteorological locator 8, and flight measuring instruments apparatus 5 and based on the results of detecting the mechanisms of spin-phonon interactions in the marine environment by the method of coherent pulsed proton spin echo, which allows us to study the physicochemical properties of sea water at the molecular level with the restoration of mechanical changes in the structure of the transformation of sea water into ice, which allows you to restore the transition of the liquid phase into the solid phase with determination of the characteristics of sea ice, which are used to judge the state of the ice cover .

Совокупность измерительных средств, включающая метеорологический локатор и гидроакустические средства, позволяет также определить и дрейф ледовых полей, определение которого известными способами практически не осуществляется.The combination of measuring instruments, including a meteorological locator and sonar, also allows you to determine the drift of the ice fields, the determination of which by known methods is practically not carried out.

По сравнению с известными способами определения состояния ледяного покрова предлагаемый способ более объективен, а его реализация возможна на перспективной промышленной базе.Compared with the known methods for determining the state of ice cover, the proposed method is more objective, and its implementation is possible on a promising industrial base.

Claims

A method for determining the state of ice cover, including obtaining satellite radar images in the optical wavelength range, analyzing and interpreting images, interactively extracting ice zone boundaries using mosaics from different images, characterized in that when determining the age and cohesion of ice, tomographic surveying of the ice cover is performed, the thickness of the ice and the morphographic anomalies of the underwater part of the ice formation are determined by parametric hydroacoustic measurement erator ice formation by sensing the linear frequency-modulated pulses.