RU2529886C1 - Detection method of oil films on water surface - Google Patents
Detection method of oil films on water surface Download PDFInfo
- Publication number
- RU2529886C1 RU2529886C1 RU2013123603/07A RU2013123603A RU2529886C1 RU 2529886 C1 RU2529886 C1 RU 2529886C1 RU 2013123603/07 A RU2013123603/07 A RU 2013123603/07A RU 2013123603 A RU2013123603 A RU 2013123603A RU 2529886 C1 RU2529886 C1 RU 2529886C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- water surface
- radar
- area
- specific effective
- effective scattering
- Prior art date
Links
Landscapes
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
Abstract
Description
Настоящее изобретение относится к области радиолокации и может быть использовано для радиолокационного мониторинга водной поверхности акваторий с целью обнаружения нефтяных пленок.The present invention relates to the field of radar and can be used for radar monitoring of the water surface of water areas in order to detect oil films.
Одной из главных задач экологического мониторинга морской поверхности является задача обнаружения разливов нефти, особенно актуально ее решение для акваторий портов, в которых ведутся погрузочно-разгрузочные операции танкеров, перевозящих сырую нефть и различные нефтепродукты.One of the main tasks of environmental monitoring of the sea surface is the task of detecting oil spills; its solution is especially relevant for port water areas where loading and unloading operations of tankers carrying crude oil and various oil products are carried out.
Известен способ обнаружения нефтяных загрязнений на поверхности воды (Патент RU, №2387977 C1, G01N 21/55, 2008), включающий облучение исследуемой водной поверхности воды импульсным оптическим пучком с перестраиваемой в узком спектральном диапазоне длиной волны излучения, регистрацию излучения, отраженного от водной поверхности, определение по данным измерений зависимости мощности отраженного излучения от длины волны и нахождение на основе этой зависимости коэффициента отражения и его второй производной по длине волны. Принятие решения о наличии нефтяной пленки на водной поверхности производят по выполнению одновременно двух соотношений, в которые входят коэффициенты отражения от исследуемой и от чистой водной поверхности и вторые производные по длине волны коэффициента отражения от исследуемой и чистой водной поверхности.A known method for detecting oil pollution on the surface of the water (Patent RU, No. 2387977 C1, G01N 21/55, 2008), comprising irradiating the investigated water surface with a pulsed optical beam with a radiation wavelength tunable in a narrow spectral range, detecting radiation reflected from the water surface determination of the dependence of the power of the reflected radiation on the wavelength according to the measurement data and finding, on the basis of this dependence, the reflection coefficient and its second derivative with respect to the wavelength. The decision on the presence of an oil film on the water surface is made by simultaneously fulfilling two relations, which include the reflection coefficients from the studied and the clean water surface and the second wavelength derivatives of the reflection coefficient from the studied and clean water surface.
Главным недостатком данного способа-аналога является его непригодность для обнаружения нефтяных пленок в сложных метеорологических условиях (при дожде, тумане, снеге и т.п.), а также небольшая дальность обнаружения (не превышает нескольких сот метров).The main disadvantage of this analogue method is its unsuitability for detecting oil films in difficult weather conditions (in rain, fog, snow, etc.), as well as its short detection range (not exceeding several hundred meters).
Известен способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности с помощью СВЧ-радиометра (Pelyushenko S.A. Microwave radiometer system for the detection of oil slicks // Spill Science & Technology Bulletin, 1995. Vol.2 №4. P.249-254), включающий прием, обработку и накопление сигналов радиотеплового излучения от исследуемого участка водной поверхности, расчет значения яркостной температуры водной поверхности. Принятие решения о наличии нефтяной пленки на водной поверхности производят по превышению измеренной яркостной температурой водной поверхности порогового значения.A known method for detecting oil films on a water surface using a microwave radiometer (Pelyushenko SA Microwave radiometer system for the detection of oil slicks // Spill Science & Technology Bulletin, 1995. Vol.2 No. 4. P.249-254), including the reception , processing and accumulation of radio thermal signals from the studied area of the water surface, calculation of the brightness temperature of the water surface. The decision on the presence of an oil film on the water surface is made by exceeding the threshold value measured by the brightness temperature of the water surface.
К недостаткам указанного выше способа-аналога следует отнести небольшую дальность действия СВЧ-радиометра (не превышает нескольких сот метров) и низкое пространственное разрешение. Кроме того, обнаружение разливов нефти при скользящих углах облучения невозможно из-за сильного влияния радиотеплового излучения приповерхностного слоя атмосферы.The disadvantages of the above analogue method include the short range of the microwave radiometer (not exceeding several hundred meters) and low spatial resolution. In addition, the detection of oil spills at moving irradiation angles is impossible due to the strong influence of radio thermal radiation from the surface layer of the atmosphere.
Известен способ (Solberg A. et al. Automatic Detection of Oil Spills in ERS SAR Images // IEEE Trans. Geosci. and Remote Sensing, 1999. Vol.37, P.1916-1924) обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности с помощью радиолокатора, установленного на искусственном спутнике Земли, работающего в режиме синтезирования апертуры для обеспечения высокого углового разрешения вдоль траектории движения. Способ включают в себя облучение исследуемого участка водной поверхности радиоимпульсами, прием и регистрацию отраженных эхосигналов, пересчет амплитуд отраженных эхосигналов в удельную эффективную площадь рассеяния для каждого пространственного элемента разрешения. В результате радиолокационной съемки исследуемого участка водной поверхности формируется его радиолокационное изображение, каждый пиксель которого соответствует удельной эффективной площади рассеяния одного элемента пространственного разрешения радиолокатора. После формирования радиолокационного изображения выполняют его фильтрацию, сегментацию, пороговую обработку для выделения участков радиолокационного изображения с малыми значениями яркости, соответствующих нефтяным пленкам на водной поверхности.A known method (Solberg A. et al. Automatic Detection of Oil Spills in ERS SAR Images // IEEE Trans. Geosci. And Remote Sensing, 1999. Vol.37, P.1916-1924) for detecting oil films on a water surface using a radar installed on an artificial Earth satellite operating in aperture synthesis mode to provide high angular resolution along the motion path. The method includes irradiating the studied area of the water surface with radio pulses, receiving and recording the reflected echo signals, recalculating the amplitudes of the reflected echo signals to the specific effective scattering area for each spatial resolution element. As a result of a radar survey of the studied section of the water surface, a radar image is formed, each pixel of which corresponds to a specific effective scattering area of one spatial resolution element of the radar. After the formation of the radar image, filtering, segmentation, and threshold processing are performed to select sections of the radar image with low brightness values corresponding to oil films on the water surface.
К недостаткам указанного способа-аналога следует отнести зависимость от метеорологических условий, искажающих формируемое радиолокационное изображение исследуемого участка водной поверхности, а также зависимость от скорости ветра над водной поверхностью, которая должна лежать в пределах от 2 до 10 м/с. В противном случае, эхосигналы, отраженные от водной поверхности, имеют низкую амплитуду, при этом вероятность обнаружения нефтяных пленок значительно снижается. Кроме того, вследствие движения искусственного спутника Земли по орбите радиолокатор может формировать изображения обследуемого участка с определенной периодичностью (например, для RADARSAT-1 от 1 раза в сутки до 1 раза в 6 суток), что препятствует использованию способа для обнаружения нефтяных пленок в режиме реального времени.The disadvantages of this analogue method include the dependence on meteorological conditions that distort the generated radar image of the studied section of the water surface, as well as the dependence on the wind speed above the water surface, which should lie in the range from 2 to 10 m / s. Otherwise, the echoes reflected from the water surface have a low amplitude, while the probability of detecting oil films is significantly reduced. In addition, due to the movement of the artificial Earth satellite in orbit, the radar can generate images of the surveyed area with a certain frequency (for example, for RADARSAT-1 from 1 time per day to 1 time in 6 days), which prevents the use of the method for detecting oil films in real time time.
Наиболее близким аналогом по технической сущности к предлагаемому способу является способ обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности с помощью судового радиолокатора (Patent US, №4933678, G01S 13/00, 1990.). Способ включает в себя облучение исследуемого участка водной поверхности радиоимпульсами с горизонтальной поляризацией, прием и регистрацию отраженных эхосигналов, пересчет амплитуд отраженных эхосигналов в удельную эффективную площадь рассеяния для каждого пространственного элемента разрешения, фильтрацию значений удельной эффективной площади рассеяния для учета искажений, обнаружение нефтяных пленок на водной поверхности производят по превышению порогового значения величины удельной эффективной площади рассеяния.The closest analogue in technical essence to the proposed method is a method for detecting oil films on a water surface using a ship's radar (Patent US, No. 4933678, G01S 13/00, 1990.). The method includes irradiating the studied area of the water surface with horizontal-polarized radio pulses, receiving and recording the reflected echo signals, recalculating the amplitudes of the reflected echo signals to the specific effective scattering area for each spatial resolution element, filtering the values of the specific effective scattering area to take into account distortions, detecting oil films in the water surfaces are produced when the threshold value of the specific effective scattering area is exceeded.
Существенным недостатком данного способа-прототипа является небольшая дальность обнаружения (не превышает 1 км).A significant disadvantage of this prototype method is the small detection range (does not exceed 1 km).
Задачей изобретения является разработка способа обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности радиолокатором, обеспечивающего большую дальность обнаружения по сравнению с известными способами.The objective of the invention is to develop a method for detecting oil films on a water surface by radar, providing a greater detection range compared with known methods.
Поставленная задача решается за счет того, что в предлагаемом способе, также как и в известном, включающем в себя облучение радиолокатором исследуемого участка водной поверхности радиоимпульсами, прием и регистрацию отраженных эхосигналов, пересчет амплитуд отраженных эхосигналов в удельную эффективную площадь рассеяния для каждого пространственного элемента разрешения, фильтрацию значений удельной эффективной площади рассеяния для учета искажений, обнаружение нефтяных пленок на водной поверхности производят по превышению порогового значения величины удельной эффективной площади рассеяния. Но в отличие от известного способа, в предлагаемом способе вводятся дополнительные признаки:The problem is solved due to the fact that in the proposed method, as well as in the well-known one, which includes irradiating the investigated section of the water surface with radio pulses, receiving and registering reflected echo signals, recalculating the amplitudes of the reflected echo signals to the specific effective scattering area for each spatial resolution element, filtering the values of the specific effective scattering area to take into account distortions, the detection of oil films on the water surface is carried out by exceeding sometimes th values of specific effective scattering area. But unlike the known method, the proposed method introduces additional features:
- в районе обследуемой акватории устанавливают дополнительный пассивный радиолокационный отражатель с возможностью переотражения поступающих на него радиоимпульсов от радиолокатора и морской поверхности в сторону радиолокатора;- in the area of the surveyed water area, an additional passive radar reflector is installed with the possibility of re-reflection of the radio pulses arriving at it from the radar and the sea surface towards the radar;
- производят накопление амплитуд принятых эхосигналов и их пересчет в значения удельной эффективной площади рассеяния для элемента пространственного разрешения, содержащего дополнительный пассивный радиолокационный отражатель.- the amplitudes of the received echo signals are accumulated and converted into values of the specific effective scattering area for the spatial resolution element containing an additional passive radar reflector.
Технический результат заключается в повышении дальности обнаружения нефтяной пленки радиолокатором.The technical result consists in increasing the detection range of the oil film by radar.
Совокупность признаков, сформулированных в п.2 формулы изобретения, характеризует способ, в котором облучение исследуемого участка водной поверхности производят радиоимпульсами с круговой поляризацией, прием и регистрацию поступающих на радиолокатор эхосигналов выполняют раздельно по двум ортогональным поляризациям - горизонтальной и вертикальной, раздельно для горизонтальной и вертикальной поляризации производят накопление амплитуд принятых эхосигналов и их пересчет в значения удельной эффективной площади рассеяния для элемента пространственного разрешения, содержащего дополнительный пассивный радиолокационный отражатель, рассчитывают среднее по накопленным значениям удельной эффективной площади рассеяния, от датчика скорости ветра получают значение скорости приповерхностного ветра в обследуемой акватории, рассчитывают среднеквадратическое отклонение ординат водной поверхности в обследуемой акватории, вычисляют значение когерентной компоненты комплексного коэффициента отражения, рассчитывают значение эффективной площади рассеяния пассивного радиолокационного отражателя для водной поверхности без нефтяной пленки для горизонтальной и вертикальной поляризации, вычисляют пороговое значение удельной эффективной площади рассеяния для горизонтальной и вертикальной поляризации, раздельно для горизонтальной и вертикальной поляризации выполняют сравнение с пороговым значением среднего по накопленным значениям удельной эффективной площади рассеяния, решение о наличии нефтяной пленки на водной поверхности принимают по превышению порогового значения не менее чем по одному виду поляризации.The combination of features formulated in paragraph 2 of the claims characterizes a method in which irradiation of the studied section of the water surface is carried out with circularly polarized radio pulses, reception and registration of echo signals arriving at the radar are performed separately for two orthogonal polarizations - horizontal and vertical, separately for horizontal and vertical polarizations produce the accumulation of amplitudes of the received echo signals and their conversion to the values of the specific effective scattering area for the element spatial resolution, containing an additional passive radar reflector, calculate the average of the accumulated values of the specific effective scattering area, from the wind speed sensor, obtain the value of the surface wind speed in the surveyed water area, calculate the standard deviation of the ordinates of the water surface in the surveyed water area, calculate the value of the coherent component of the complex reflection coefficient, calculate the value of the effective scattering area of the passive radi a waterborne reflector for a water surface without an oil film for horizontal and vertical polarization, calculate the threshold value of the specific effective scattering area for horizontal and vertical polarization, separately for horizontal and vertical polarization, perform a comparison with the threshold value of the average of the accumulated values of the specific effective scattering area, the decision on the availability an oil film on a water surface is taken if the threshold value is exceeded by at least one kind of floor Irization.
Технический результат состоит в повышении достоверности обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности.The technical result consists in increasing the reliability of detection of oil films on a water surface.
Рассмотрим пример реализации способа обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности, который иллюстрируется чертежом, на котором обозначено: 1 - радиолокатор и 2 - пассивный радиолокационный отражательConsider an example implementation of a method for detecting oil films on a water surface, which is illustrated in the drawing, which indicates: 1 - radar and 2 - passive radar reflector
В обследуемой акватории устанавливают дополнительный пассивный радиолокационный отражатель с возможностью переотражения поступающих на него радиоимпульсов от радиолокатора и морской поверхности в сторону радиолокатора. Отражатель устанавливают на штанге, жестко закрепленной на плавучем буе, который удерживается на водной поверхности с помощью якорного устройства на заданном расстоянии от радиолокатора. Производят облучение радиолокатором исследуемого участка водной поверхности радиоимпульсами с горизонтальной поляризацией. Выполняют прием и регистрацию отраженных эхосигналов, производят накопление амплитуд принятых эхосигналов и их пересчет в значения удельной эффективной площади рассеяния для элемента пространственного разрешения, содержащего дополнительный пассивный радиолокационный отражатель, по формулеAn additional passive radar reflector is installed in the surveyed water area with the possibility of re-reflection of the radio pulses arriving at it from the radar and the sea surface towards the radar. The reflector is mounted on a rod rigidly mounted on a floating buoy, which is held on the water surface using an anchor device at a predetermined distance from the radar. A radar is used to irradiate the studied section of the water surface with radio pulses with horizontal polarization. The reflected echo signals are received and recorded, the amplitudes of the received echo signals are accumulated and converted into values of the specific effective scattering area for the spatial resolution element containing an additional passive radar reflector according to the formula
гдеWhere
λ - длина волны излучаемых радиолокатором электромагнитных волн,λ is the wavelength of the radiated electromagnetic waves,
R - расстояние от радиолокатора до участка морской поверхности,R is the distance from the radar to the site of the sea surface,
G - коэффициент усиления антенны радиолокатора,G is the radar antenna gain,
Pr - мощность принятых эхосигналов,P r is the power of the received echo signals,
Pt - мощность излученного сигнала,P t is the power of the emitted signal,
A - площадь элемента пространственного разрешения.A is the area of the spatial resolution element.
Площадь элемента пространственного разрешения рассчитывается по формулеThe area of the spatial resolution element is calculated by the formula
гдеWhere
c - скорость света в вакууме,c is the speed of light in vacuum,
τ - длительность радиоимпульса в излучении,τ is the duration of the radio pulse in the radiation,
Δθ2 - ширина диаграммы направленности антенны радиолокатора в азимутальной плоскости,Δθ 2 - the width of the radiation pattern of the radar antenna in the azimuthal plane,
θ1 - угол скольжения.θ 1 is the angle of slip.
Угол скольжения рассчитывается по формулеThe slip angle is calculated by the formula
где h - высота установки антенны судового радиолокатора.where h is the installation height of the ship’s radar antenna.
Далее выполняют фильтрацию значений удельной эффективной площади рассеяния для учета искажений, обнаружение нефтяных пленок на водной поверхности производят по превышению порогового значения величины удельной эффективной площади рассеяния.Next, filter the values of the specific effective scattering area to take into account distortions, detecting oil films on the water surface by exceeding the threshold value of the specific effective scattering area.
Покажем возможность достижения указанного технического результата. Оценим дальность обнаружения нефтяной пленки радиолокатором при использовании пассивного радиолокационного отражателя.We show the ability to achieve the specified technical result. Let us estimate the detection range of an oil film by a radar using a passive radar reflector.
Представим (1) в следующем виде:Represent (1) in the following form:
Дальность обнаружения нефтяной пленки на морской поверхности радиолокатором без использования пассивного радиолокационного отражателя составляет R0=1 км. При скользящих углах облучения и при λ=3 см удельная эффективная площадь рассеяния морской поверхности с нефтяной пленкой (Леонтьев В.В., Бородин М.А., Игнатьева О.А. Бистатические диаграммы рассеяния морской поверхности, покрытой мономолекулярной нефтяной пленкой // Радиотехника, 2012. №7. С.42-43) для горизонтальной поляризации составляет -78 дБ.The detection range of the oil film on the sea surface by radar without the use of a passive radar reflector is R 0 = 1 km. At sliding irradiation angles and at λ = 3 cm, the specific effective scattering area of the sea surface with an oil film (Leontyev V.V., Borodin M.A., Ignatyeva O.A. Bistatic scattering patterns of a sea surface covered with a monomolecular oil film , 2012. No. 7. P.42-43) for horizontal polarization is -78 dB.
На расстоянии от радиолокатора R0=R=103 м и при типичных для судовых радиолокаторов параметрах τ=500·10-9 с, Δθ=1O, h=15 м, θ1=0.86O, значение параметра B из формулы (4) в случае горизонтальной поляризации составляет B=2.08·10-17.At a distance from the radar R 0 = R = 10 3 m and with parameters typical for ship’s radars, τ = 500 · 10 -9 s, Δθ = 1 O , h = 15 m, θ 1 = 0.86 O , the value of parameter B from the formula ( 4) in the case of horizontal polarization is B = 2.08 · 10 -17 .
Эффективная площадь рассеяния участка морской поверхности связана с удельной эффективной площадью рассеяния соотношением (Справочник по радиолокации под ред. М. Сколника. Том 1. Основы радиолокации. М.: Сов. радио, 1976, С.321):The effective dispersion area of the sea surface area is associated with the specific effective dispersion area by the ratio (Handbook of Radar Edited by M. Skolnik. Volume 1. Basics of Radar. M: Sov. Radio, 1976, P.321):
Учитывая (4) и (5), дальность обнаружения нефтяной пленки на водной поверхностиGiven (4) and (5), the detection range of the oil film on the water surface
При использовании пассивного радиолокационного отражателя с эффективной площадью рассеяния σ=10 м2 дальность обнаружения нефтяной пленки составляет R0=2.63 км.When using a passive radar reflector with an effective scattering area of σ = 10 m 2 , the detection range of the oil film is R 0 = 2.63 km.
Следовательно, дальность обнаружения нефтяной пленки на водной поверхности при использовании пассивного радиолокационного отражателя увеличивается в 2.63 раза.Therefore, the detection range of the oil film on the water surface when using a passive radar reflector increases by 2.63 times.
Таким образом, технический результат достигнут.Thus, the technical result is achieved.
Рассмотрим другой частный случай реализации способа обнаружения нефтяных пленок на водной поверхности.Consider another special case of the implementation of the method for detecting oil films on a water surface.
В обследуемой акватории устанавливают дополнительный пассивный радиолокационный отражатель с возможностью переотражения, поступающих на него радиоимпульсов от радиолокатора и морской поверхности в сторону радиолокатора. Отражатель устанавливают на штанге, жестко закрепленной на плавучем буе, который удерживается на водной поверхности с помощью якорного устройства на заданном расстоянии от радиолокатора. Производят облучение радиолокатором исследуемого участка водной поверхности радиоимпульсами с круговой поляризацией. Выполняют прием и регистрацию поступающих радиолокатор эхосигналов раздельно по двум ортогональным поляризациям - горизонтальной и вертикальной, раздельно для горизонтальной и вертикальной поляризации производят накопление амплитуд принятых эхосигналов и их пересчет в значения удельной эффективной площади рассеяния для элемента пространственного разрешения, содержащего дополнительный пассивный радиолокационный отражатель, по формулам (1)-(4). Далее выполняют фильтрацию значений удельной эффективной площади рассеяния для учета искажений, рассчитывают среднее по накопленным значениям удельной эффективной площади рассеяния. От датчика скорости ветра получают значение скорости приповерхностного ветра в обследуемой акватории.An additional passive radar reflector is installed in the surveyed water area with the possibility of re-reflection of the radio pulses arriving at it from the radar and the sea surface towards the radar. The reflector is mounted on a rod rigidly mounted on a floating buoy, which is held on the water surface using an anchor device at a predetermined distance from the radar. Radar exposure of the investigated area of the water surface with radio pulses with circular polarization. The echo signals received by the radar are received and recorded separately according to two orthogonal polarizations - horizontal and vertical, separately for horizontal and vertical polarization, the amplitudes of the received echo signals are accumulated and converted into values of the specific effective scattering area for the spatial resolution element containing an additional passive radar reflector according to the formulas (1) - (4). Next, filter the values of the specific effective scattering area to account for distortions, calculate the average of the accumulated values of the specific effective scattering area. From the wind speed sensor, the value of the surface wind speed in the surveyed water area is obtained.
Пересчитывают значение скорости приповерхностного ветра в скорость ветра на высоте 19.5 м от водной поверхности:Recalculate the value of the surface wind speed to the wind speed at an altitude of 19.5 m from the water surface:
где u - скорость приповерхностного ветра.where u is the surface wind speed.
Рассчитывают среднеквадратическое отклонение ординат водной поверхности в обследуемой акватории:Calculate the standard deviation of the ordinates of the water surface in the surveyed water area:
где U - скорость ветра на высоте 19.5 м, β=0.74, α=0.0081, g=9.81.where U is the wind speed at an altitude of 19.5 m, β = 0.74, α = 0.0081, g = 9.81.
Вычисляют когерентную компоненту комплексного коэффициента отражения для горизонтальной и вертикальной поляризации:The coherent component of the complex reflection coefficient is calculated for horizontal and vertical polarization:
гдеWhere
θ1 - угол скольжения, рассчитанный по формуле (3),θ 1 is the slip angle calculated by the formula (3),
λ - длина волны излучаемых радиолокатором электромагнитных волн,λ is the wavelength of the radiated electromagnetic waves,
ψ=π - для горизонтальной поляризации,ψ = π - for horizontal polarization,
ψ=2π - для вертикальной поляризации,ψ = 2π - for vertical polarization,
i - мнимая единица.i is the imaginary unit.
Рассчитывают значение эффективной площади рассеяния пассивного радиолокационного отражателя для водной поверхности без нефтяной пленки для горизонтальной и вертикальной поляризации:The value of the effective scattering area of the passive radar reflector for the water surface without oil film for horizontal and vertical polarization is calculated:
гдеWhere
H - высота установки радиолокационного отражателя над водной поверхностью,H is the installation height of the radar reflector above the water surface,
k=(2π/λ) - волновое число,k = (2π / λ) is the wave number,
λ - длина волны излучаемых радиолокатором электромагнитных волн,λ is the wavelength of the radiated electromagnetic waves,
σr - значение эффективной площади рассеяния пассивного радиолокационного отражателя в свободном пространстве,σ r is the value of the effective scattering area of the passive radar reflector in free space,
i - мнимая единица.i is the imaginary unit.
Рассчитывают пороговое значение удельной эффективной площади рассеяния для горизонтальной и вертикальной поляризации:The threshold value of the specific effective scattering area for horizontal and vertical polarization is calculated:
гдеWhere
c - скорость света в вакууме,c is the speed of light in vacuum,
τ - длительность радиоимпульса в излучении,τ is the duration of the radio pulse in the radiation,
Δθ2 - ширина диаграммы направленности антенны радиолокатора в азимутальной плоскости,Δθ 2 - the width of the radiation pattern of the radar antenna in the azimuthal plane,
R - расстояние от радиолокатора до пассивного радиолокационного отражателя,R is the distance from the radar to the passive radar reflector,
θ1 - угол скольжения.θ 1 is the angle of slip.
Раздельно для горизонтальной и вертикальной поляризации выполняют сравнение с пороговым значением среднего по накопленным значениям удельной эффективной площади рассеяния, решение о наличии нефтяной пленки на водной поверхности принимают по превышению порогового значения не менее чем по одному виду поляризации.Separately, for horizontal and vertical polarization, a comparison is made with the threshold value of the average of the accumulated values of the specific effective scattering area, the decision on the presence of an oil film on the water surface is made when the threshold value is exceeded by at least one type of polarization.
Покажем возможность достижения указанного технического результата.We show the ability to achieve the specified technical result.
Использование радиоимпульсов только с горизонтальной поляризацией ограничивает условия, при которых нефтяная пленка может быть обнаружена на водной поверхности, поскольку другие судовые радиолокаторы, также работающие на горизонтальной поляризации, могут создавать помехи при обнаружении, что снижает достоверность обнаружения. Кроме того, уровень естественных помех, обусловленных различными гидрометеорологическими явлениями (осадки, туман и др.) и влияющих на работу радиолокатора, также зависит от вида используемой поляризации. Использование данных по двум ортогональным поляризациям - вертикальной и горизонтальной, позволяет выбирать из них оптимальные с точки зрения помеховой обстановки для повышения достоверности обнаружения.The use of radio pulses with horizontal polarization only limits the conditions under which an oil film can be detected on the water surface, since other shipborne radars that also operate on horizontal polarization can interfere with detection, which reduces the reliability of detection. In addition, the level of natural interference caused by various hydrometeorological phenomena (precipitation, fog, etc.) and affecting the operation of the radar also depends on the type of polarization used. Using data on two orthogonal polarizations - vertical and horizontal, allows you to choose from them optimal from the point of view of the noise environment to increase the reliability of detection.
Появление нефтяной пленки на водной поверхности приводит к уменьшению высокочастотных составляющих волнения ("сглаживает" водную поверхность и снижает степень волнения), что обуславливает увеличение модуля коэффициента отражения радиоволн от водной поверхности (формула (9)) от радиолокатора к пассивному радиолокационному отражателю и обратно (см. фигуру). Увеличение модуля коэффициента отражения, в свою очередь, приводит к увеличению значения удельной эффективной площади рассеяния (формулы (10) и (11)) пассивного радиолокационного отражателя, поэтому значение удельной эффективной площади рассеяния при наличии нефтяной пленки на водной поверхности всегда больше, чем при отсутствии пленки.The appearance of an oil film on the water surface leads to a decrease in the high-frequency components of the waves (“smooths” the water surface and reduces the degree of waves), which leads to an increase in the modulus of the reflection coefficient of radio waves from the water surface (formula (9)) from the radar to the passive radar reflector and vice versa (see . figure). An increase in the reflection coefficient modulus, in turn, leads to an increase in the value of the specific effective scattering area (formulas (10) and (11)) of the passive radar reflector, therefore, the value of the specific effective scattering area in the presence of an oil film on the water surface is always greater than in the absence of films.
Пороговое значение удельной эффективной площади рассеяния для обнаружения нефтяной пленки выбирается больше, чем значение удельной эффективной площади рассеяния пассивного радиолокационного отражателя для случая водной поверхности без пленки. При фиксировании порогового значения возникает ситуация, когда волнение водной поверхности уменьшилось не из-за наличия нефтяной пленки, а по естественным причинам (например, перестал дуть ветер, разгоняющий волны), что приводит к ложному обнаружению нефтяной пленки.The threshold value of the specific effective scattering area for detecting an oil film is selected to be larger than the value of the specific effective scattering area of a passive radar reflector for the case of a water surface without a film. When fixing the threshold value, a situation arises when the water surface swell is reduced not due to the presence of an oil film, but for natural reasons (for example, the wind that disperses the waves has stopped blowing), which leads to a false detection of the oil film.
Таким образом, установка порогового значения удельной эффективной площади рассеяния в зависимости от степени волнения водной поверхности, определяемой среднеквадратическим отклонением ординат водной поверхности, позволяет повысить достоверность обнаружения, технический результат достигнут.Thus, setting the threshold value of the specific effective scattering area depending on the degree of water surface roughness, determined by the standard deviation of the ordinates of the water surface, allows to increase the reliability of detection, the technical result is achieved.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123603/07A RU2529886C1 (en) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Detection method of oil films on water surface |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2013123603/07A RU2529886C1 (en) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Detection method of oil films on water surface |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2529886C1 true RU2529886C1 (en) | 2014-10-10 |
Family
ID=53381475
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2013123603/07A RU2529886C1 (en) | 2013-05-22 | 2013-05-22 | Detection method of oil films on water surface |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2529886C1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751177C1 (en) * | 2020-12-07 | 2021-07-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") | Method for detecting oil films on the water surface |
CN115979972A (en) * | 2023-02-22 | 2023-04-18 | 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 | Method and system for hyperspectral real-time monitoring of oil film of crude oil on sea surface |
Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4933678A (en) * | 1989-05-30 | 1990-06-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Method of detecting oil spills at sea using a shipborne navigational radar |
US5633644A (en) * | 1994-10-27 | 1997-05-27 | Dornier Gmbh | Process for monitoring ship traffic at sea while recognizing oil spills and potential ship collisions |
RU2202779C2 (en) * | 2001-02-22 | 2003-04-20 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное предприятие "Полет" | Passive method for remote detection of actual dielectric constant portion of oil film spilled over water surface |
RU53445U1 (en) * | 2005-11-29 | 2006-05-10 | Ооо "Радар" | WATER OIL SPOT DETECTION RADAR SYSTEM |
US7358049B2 (en) * | 1999-03-10 | 2008-04-15 | Cold Spring Harbor Laboratory | Gene chip technology for determining memory genes |
RU2387977C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Non contact method for detection of oil pollutions on water surface |
RU2440566C1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-01-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Method for remote detection of oil contamination on water surface |
-
2013
- 2013-05-22 RU RU2013123603/07A patent/RU2529886C1/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US4933678A (en) * | 1989-05-30 | 1990-06-12 | The United States Of America As Represented By The Secretary Of The Interior | Method of detecting oil spills at sea using a shipborne navigational radar |
US5633644A (en) * | 1994-10-27 | 1997-05-27 | Dornier Gmbh | Process for monitoring ship traffic at sea while recognizing oil spills and potential ship collisions |
US7358049B2 (en) * | 1999-03-10 | 2008-04-15 | Cold Spring Harbor Laboratory | Gene chip technology for determining memory genes |
RU2202779C2 (en) * | 2001-02-22 | 2003-04-20 | Государственное унитарное предприятие Научно-производственное предприятие "Полет" | Passive method for remote detection of actual dielectric constant portion of oil film spilled over water surface |
RU53445U1 (en) * | 2005-11-29 | 2006-05-10 | Ооо "Радар" | WATER OIL SPOT DETECTION RADAR SYSTEM |
RU2387977C1 (en) * | 2008-12-29 | 2010-04-27 | Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана" (МГТУ им. Н.Э. Баумана) | Non contact method for detection of oil pollutions on water surface |
RU2440566C1 (en) * | 2010-07-27 | 2012-01-20 | Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" | Method for remote detection of oil contamination on water surface |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2751177C1 (en) * | 2020-12-07 | 2021-07-09 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина) (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") | Method for detecting oil films on the water surface |
WO2022124931A1 (en) * | 2020-12-07 | 2022-06-16 | Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет "ЛЭТИ" им. В.И. Ульянова (Ленина)" (СПбГЭТУ "ЛЭТИ") | Method for detecting oil slicks on a water surface |
CN115979972A (en) * | 2023-02-22 | 2023-04-18 | 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司 | Method and system for hyperspectral real-time monitoring of oil film of crude oil on sea surface |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
RU2467347C1 (en) | Method of detection and high-accuracy determination of marine ice floes and radiolocating system that implements it | |
Ermoshkin et al. | Estimation of the wind-driven wave spectrum using a high spatial resolution coherent radar | |
Dierking | Multifrequency scatterometer measurements of Baltic Sea ice during EMAC-95 | |
RU2529886C1 (en) | Detection method of oil films on water surface | |
Ouchi et al. | Interlook cross-correlation function of speckle in SAR images of sea surface processed with partially overlapped subapertures | |
RU2623668C1 (en) | Method of remote determination of the relative dielectric permeability of the environment under the atmosphere-ocean border | |
Panfilova et al. | Retrieving of significant wave height and period from the Doppler spectrum of backscattered microwave signal | |
Galati et al. | High resolution measurements and characterization of urban, suburban and country clutter at X-band and related radar calibration | |
Titchenko | Bistatic Doppler spectrum of radiation reflected by a water surface | |
Teleki et al. | Ocean wave detection and direction measurements with microwave radars | |
Titchenko et al. | Measurements of the sea surface parameters using a new modification of underwater sonar on a marine platform in the Black Sea | |
Titchenko et al. | The algorithm for retrieving the surface waves parameters using doppler spectrum measurements at small incident angles | |
Titchenko et al. | Sub-satellite validation using ultrasonic wave gauge: In-situ measurements of surface waves slope variance and other parameters of surface waves | |
RU2751177C1 (en) | Method for detecting oil films on the water surface | |
Poulter et al. | Microwave radar measurements of ocean wave propagation—Initial results | |
Ryabkova et al. | Measurements of the sea surface waves parameters and the doppler spectrum of the reflected signal using optical and acoustic remote sensing methods | |
Meloche et al. | Altimetric Ku-band Radar Observations of Snow on Sea Ice Simulated with SMRT | |
Ryabkova et al. | Simultaneous Doppler Spectra Measurements of the Backscattered Signal at Low Incidence Angles Using Microwave Radars and an Ultrasonic Underwater Wave Gauge | |
RU2404434C2 (en) | Method for remote determination of wind speed over water surface | |
Bernhardt et al. | Large area sea mapping with Ground-Ionosphere-Ocean-Space (GIOS) | |
Panfilova et al. | Slope variance retrieval from the Doppler spectrum measured by Ka-band radar at near nadir incidence angles | |
Vorobev et al. | System for adjustment of angle coordinates for sea surface surveillance radar | |
EA041775B1 (en) | METHOD FOR DETECTING OIL FILM ON WATER SURFACE | |
RU2588105C2 (en) | Radar method of determining flight altitude of aircraft | |
Yurovsky et al. | Sea Surface KA-BAND Doppler Scatterometry at High Wind Speed: a Field Experiment |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20180523 |