Kotelnikov Institute of Radio Engineering and Electronics of RAS Русский Sign in Submit a paper
Journal of Radio Electronics Online scientific journal · eISSN 1684-1719
2019, № 1 · RADIO WAVE PROPAGATION

Measurement of vibration of sea surface objects by radio sounding

V.M. Burdyugov1,2, I.P. Shumeiko3,4, M.I. Ozhiganova3,4

1 Морской гидрофизический институт РАН, Sevastopol, Russia
2 Marine Hydrophysical Institute of RAS, Russia
3 Севастопольский государственный университет, Sevastopol, Russia
4 Sevastopol State University, Russia
Full text (PDF) DOI: 10.30898/1684-1719.2019.1.10 UDC 53.082.74 EDN IPMXAC

Abstract

The possibilities of determining the vibration amplitude of marine objects by controlling the nonlinear transformation of the microwave radio signal reflected from the vibrating surface are analyzed. It is shown that the signal has such a structure that allows you to determine the amplitude of vibration according to the ratios of the amplitudes of the first four harmonics of the reflected radio signal. In the framework of this method, the vibration amplitude is determined in units of the length of the probing radio wave. This allows measurements to be taken without any additional radar calibrations. The principal disadvantage of this method is the limitation of the range of measured vibration amplitudes, which cannot exceed 0.3 times the length of the radio wave. Ambiguity occurs at larger values of vibration amplitude. The interaction of radio waves with the sea surface also reduces the maximum value of the measured vibration amplitudes. The sea surface is mobile and its contribution to the Doppler radar spectrum can be significant. A new approach to determining the amplitude of vibration is proposed. It is based on two-frequency sensing of the vibrating surface. It is shown that within the framework of this approach the range of vibration determination can be extended several times. The conditions for determining the relationship between the wavelengths that provide continuity of the range of measured vibration amplitudes are obtained. The continuity conditions are obtained taking into account the interference created by the sea surface.

  • вибрация
  • дистанционное зондирование
  • гармоники отраженного сигнала
  • индекс фазовой модуляции
  • vibration
  • remote sensing
  • harmonics of the reflected signal
  • phase modulation index
Аннотация (на русском)

Измерение вибрации надводных объектов путем радиозондирования

Анализируются возможности определение амплитуды вибрации путем контроля нелинейной трансформации СВЧ радиосигнала, отраженного от вибрирующей поверхности. Показаны ограничения диапазона определяемых амплитуд вибрации по соотношению амплитуд первых четырех гармоник. Рассмотрены особенности радиолокационного определения вибрации надводных объектов, вызванные взаимодействием радиоволн с морской поверхностью. Предложен метод расширения диапазона измеряемых амплитуд вибрации путем двухчастотного зондирования вибрирующей поверхности.

For citation

Burdyugov V.M., Shumeiko I.P., Ozhiganova M.I. Measurement of vibration of sea surface objects by radio sounding // Journal of Radio Electronics. – 2019. – No. 1. https://doi.org/10.30898/1684-1719.2019.1.10

References

  1. Amann M. C., Bosch T., Lescure M., Myllyla R., Rioux M. Laser ranging: a critical review of usual techniques for distance measurement. Optical Engineering // Opt. Eng. 2001. Vol. 40, No. 1. P. 10-19. doi: 10.1117/1.1330700.
  2. Волковец А.И., Руденко Д.Ф., Гусинский А.В., Кострикин А.М. // Доклады БГУИР. 2007. Том 20, № 4. С. 58-64.
  3. Vikram C.S., McDevitt T.E. Simple spectrum analysis in laser Doppler studies of sinusoidal vibrations. // Opt. Eng. 1989. V. 28. P. 922-925.
  4. Du S., Jinchun Hu J., Zhu Yu, Hu C. Analysis and compensation of synchronous measurement error for multi-channel laser interferometer // Measurement Science and Technology. 2017. Vol. 28, No.5. 055201.
  5. Пинчук А.Н. Технология оценивания вибрации корпуса морского объекта с помощью когерентной радиолокационной станции сантиметрового диапазона // Оборонный комплекс - научно-техническому прогрессу России. 2014. № 4 (124). С. 76-79.
  6. Пинчук А.Н. Дистанционное определение амплитуды вибрации корпуса судна // Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2014. № 6. С. 270-278.
  7. Запевалов А.С., Пинчук Н.А., Бурдюгов В.М. Дистанционное определение амплитуды вибрации // Журнал технической физики. 2018. № 12. С. 1890-1892. DOI: 10.21883/JTF.2018.12.46794.27-18.
  8. Штагер Е.А. Отражение радиоволн от кораблей и других морских объектов // СПб. Издательство ВВМ при СПб Государственном университете. 2005. 418 c.
  9. Пинчук А.Н. Модель пассивной помехи при радиолокации низковысотных целей над морской поверхностью // Журнал радиоэлектроники. 2015. № 3. Режим доступа http://jre.cplire.ru/jre/mar15/15/text.pdf
  10. Янке Е., Эмде Ф., Лёш Ф. Специальные функции: Формулы, графики, таблицы. М.: Наука, 1968. 344 с.
  11. Басс Ф.Г., Брауде С.Я., Калмыков А.И., Мень А.В., Островский И.Е., Пустовойтенко В.В., Розенберг А.Д., Фукс И.М. Методы радиолокационных исследований морского волнения (радиоокеанография) // Успехи физических наук. 1975. Том 116. С. 741.
  12. Запевалов А.С., Пустовойтенко В.В. Влияние физико-химических характеристик морской воды на резонансное рассеяние радиоволн морской поверхностью // Журнал радиоэлектроники. 2014. № 9. Режим доступа http://jre.cplire.ru/jre/sep14/4/text.pdf
  13. Булатов М.Г., Раев М.Д., Скворцов Е.И. Доплеровские спектры сигналов, рассеянных морской поверхностью при настильных углах зондирования (результаты натурного эксперимента) // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2007. Т. 4, № 1, С. 280-288.
  14. Zavarotny V., Voronovich A. Two-scale model and ocean radar Doppler spectra at moderate and low-grazing angles // IEEE Trans. of AP. 1998. Vol. 46, No.1. P. 84-92.
  15. Шумейко И.П., Ожиганова М.И., Воронина Н.Н., Крыль М.В., Наривончик С.В. К расчету фактора групповитости морских поверхностных волн // Процессы в геосредах. 2018. № 3(16). С. 1077-1081.
  16. Карев В.И., Показеев К.В., Чаплина Т.О. Актуальные проблемы моделирования процессов в геосредах // Процессы в геосредах. 2018. № 1(14). С. 818-822.
  17. Запевалов А.С., Большаков А.Н., Смолов В.Е. Исследования уровня когерентности морских поверхностных волн // Известия Российской академии наук. Физика атмосферы и океана. 2004. Т. 40, № 4. С. 545-549.
  18. Запевалов А.С., Показеев К.В., Пустовойтенко В.В. О предельной точности альтиметрического определения скорости приводного ветра // Исследование Земли из космоса. 2006. № 3. С. 49-54.