×
27.10.2013
216.012.7b09

СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ОБЛАЧНОСТИ

Вид РИД

Изобретение

Юридическая информация Свернуть Развернуть
Краткое описание РИД Свернуть Развернуть
Аннотация: Изобретение относится к метеорологии, навигации и позволяет аппаратурно, в реальном масштабе времени определять высоту нижней границы облачности. Сущность изобретения: при помощи широкопанорамной автоматизированной сканирующей системы автоматически определяются наиболее контрастные участки, по которым определяется высота нижней границы облачности. При этом кадр, состоящий из M×N ячеек, разбивается на слои энергетической яркости. Пo скорости перемещения фрагмента облачного поля относительно ячеек (ячейковой скорости слоев) и высотной разности слоев, заданной по стандартной модели Земли, определяется высота нижней границы облачности. Технический результат - автоматизация определения высоты нижней границы облачности по смещению ее пространственной структуры излучения в реальном масштабе времени и расширение функциональных возможностей метеорологических наблюдений (например, дистанционное определение смерчей, опасных грозовых состояний облачности, тайфунов, оптической разведки движения летательных аппаратов как в дневное, так и в ночное время). 3 ил.
Основные результаты: Способ определения высоты нижней границы облачности на интервале времени, по которому, посредством широконанорамной автоматизированной сканирующей системы, осуществляющей сканирование в диапазоне спектра собственного излучения поля облачности, программно определяются наиболее котрастные участки, в которых фрагменты облачных слоев сортируются по радиационной температуре, и по проекции слоев определяется их высотная разность и высота нижней границы облачности.
Реферат Свернуть Развернуть

Изобретение относится к метеорологии, к способам для определения физических параметров атмосферы, и позволяет определять высоту нижней границы облачности (НГО).

Известен способ определения высоты нижней границы облаков посредством измерителя [1], заключающийся в измерении угловых координат выбранного участка нижней границы облачности относительно двух неподвижных матричных фотоприемников, имеющих регулярную структуру положения пикселей, и расположенных таким образом, что их оптические оси имеют известные вертикальные и горизонтальные углы и лежат в одной плоскости, а углы обзора перекрываются на определенной высоте между ними. Недостатками данного способа являются проблема выбора и идентификации одного и того же фрагмента облачности, которая выполняется вручную оператором, повышенная чувствительность системы к погрешностям фотоприемников, сравнительно высокая стоимость изготовления и эксплуатации измерителя, а также малый участок обзора.

Также известен светолокационный способ определения высоты НГО посредством прожектора [2], который посылает короткие импульсы и принимает отраженный сигнал. По времени задержки обратного сигнала рассчитывается высота НГО. Недостатками этого способа является то, что для просвечивающейся облачности отраженный сигнал будет ослабленным, что приведет к значительному увеличению погрешности измерения высоты. Кроме того, измерение НГО проводится лишь в конкретной точке.

Задачей, на решение которой направлено данное изобретение, является автоматизация процесса определения высоты НГО в реальном масштабе времени и получение распределения высот НГО в зоне сканирования радиометра практически во всей полусфере.

Технический результат - расширение функциональных возможностей метеорологических наблюдений за счет автоматизации определения высоты нижней границы облачности как днем, так и ночью в реальном масштабе времени по смещению ее пространственной структуры собственного излучения.

Сравнение заявляемого способа с прототипом позволило установить соответствие его условию "новизна". При сравнении заявляемого способа с другими известными техническими решениями не выявлены сходные признаки, что позволяет сделать вывод о соответствии условию "изобретательский уровень".

Способ поясняется чертежами. На фиг.1 приведена геометрия образования двух соседних по времени кадров по собственному излучению облачности в проекции на плоскость. Временной интервал между кадрами равен t. На фиг.2 приведено изображение преобразованных соседних кадров в декартовой системе координат. На фиг.3 иллюстрируется определение проекции скорости фрагмента облачного поля.

Указанный технический результат при осуществлении изобретения достигается посредством широкопанорамной автоматизированной сканирующей системы [3], которая осуществляет непрерывное круговое сканирование в диапазоне собственного излучения поля облачности по альмукантарату за время, при котором пространственная структура излучения облачного поля остается неизменной. За это время регистрируется ряд значений энергетической яркости, или радиационной температуры облачного поля через каждый градус, или минуты дуги, то есть, определяется высота НГО, однозначно связанной с радиационной температурой. После завершения записи данных по строке, угол наклона сканирующего зеркала изменяется, цикл повторяется и регистрируется следующая строка. Через заданное количество строк сканирующее зеркало широкопанорамной автоматизированной сканирующей системы возвращается в исходное начальное положение, цикл повторяется и записывается следующий кадр. Сканирующей системой автоматически определяются просветы в облаках по двум соседним кадрам, в реальном масштабе времени, как наиболее контрастные участки облачного неба, по которым определяется высота нижней границы облачности.

То есть, из записанных в память системы набора матриц (где по горизонтали N значений, а по вертикали - M) формируется кадр облачного неба. Каждое из N×M значений представляет собой конкретную область - изображение в инфракрасной области на небесной сфере. Затем программно осуществляется изменение формы матрицы, для перехода от угловых координат к декартовым (фиг.2).

Оба кадра условно разбиваются на 2 слоя по энергетической яркости. Нижний слой, который соответствует более высокой радиационной температуре, состоит из элементов с энергетической яркостью, превышающей 0,9·Bmax, в состав верхнего слоя входят элементы с меньшей радиационной температурой (с яркостью от 0,75·Bmax до 0,85·Bmax, где Bmax - устанавливаемый в системе порог максимального значения энергетической яркости кадра).

Для этой пары слоев (нижний/верхний) автоматически определяется наиболее контрастный участок, ограниченный рамкой (фиг.2). Под наиболее контрастным понимается участок кадра, содержащий в себе наибольшее количество ячеек соответствующих слоев. На кадре б (фиг.2) фрагмент слоя, ограниченный рамкой, смещен относительно своего положения на кадре а (фиг.2). Количеством ячеек (n), на которое сместился слой за время регистрации одного кадра (t), определяется ячейковая скорость слоя (ν).

Она задается горизонтальной и вертикальной составляющими смещения этого фрагмента. Область на кадре б (фиг.2) сдвигается по всем возможным вертикальным и горизонтальным направлениям от одной ячейки до максимального смещения d, которым определяется максимальная скорость. Элементы кадра б (фиг.2) внутри смещенной области вычитаются из соответствующих элементов отмеченной области кадра а (фиг.2). Полученные разности суммируются по модулю, образуя матрицу F (матрица сумм абсолютных разностей для всех возможных смещений).

Mi,j, Ni,j - элементы внутри ограниченной области кадра а и б (фиг. 2) соответственно; i', j' - все возможные смещения от -d до +d; i1, i2 - границы области по вертикали; j1, j2 - границы области по горизонтали; Минимальный элемент матрицы соответствует наиболее вероятному смещению фрагмента. Зная временной интервал t между двумя соседними кадрами, определяются горизонтальные (υ) и вертикальные (u) составляющие ячейковой скорости:

Знаки перед выражениями определяются выбором направления скорости. По найденным составляющим определяется полная ячейковая скорость слоя:

Угол α отклонения вектора полной ячейковой скорости ν от горизонтали рассчитывается как:

Так как направление вектора движения фрагмента облачного слоя обычно не совпадает с радиальной линией, связывающей фрагмент и центр кадра (фиг.3) необходимо знать проекцию полной ячейковой скорости на эту линию, которые рассчитываются по следующей формуле:

v=ν·cos(α-β),

где α - угол отклонения вектора скорости соответствующего слоя фрагмента, β - угол наклона радиальной линии, который определяется координатами центра фрагмента.

Приведенные выше расчеты проводятся для верхнего и нижнего слоя отдельно. В результате чего для верхнего и нижнего слоя определяются ячейковые скорости их проекций vвер.яч, vниж.яч.

Для каждого слоя определяется среднее значение энергетической яркости (радиационной температуры). По этим средним значениям согласно стандартной модели атмосферы Земли [4] (фиг.2) определяются ориентировочные высоты верхнего (Новер.) и нижнего (Нониж.) слоев и их высотная разность h.

h=Новер.-Нониж.

Высота НГО определяется по следующей формуле:

H=h·vвер.яч/(vниж.яч-vвер.яч).

Вывод последней формулы поясняется следующим примером.

Предположим, сканирующий радиометр фиксирует два облака, движущихся с одинаковой скоростью, но находящихся на разных высотах H, H+h (либо одно облако с нижней границей Н и верхней H+h). На фиг.1 эти облака изображены в разные моменты времени, соответствующие i и i+1 кадрам радиометра. Интересующие нас фрагменты кадров изображены в нижней части рисунка. При сравнении фрагментов двух кадров радиометра видно, что скорости проекций (υвер и υниж) верхнего и нижнего облака различны.

Пусть абсолютная скорость верхнего облака - v, а временной интервал между двумя кадрами равен t. Тогда KL=KH+v·t (фиг.1). За время t проекция верхнего облака проходит расстояние CC1=AC1-АС. Из подобия треугольников АОС и КОН следует:

AC=KH·H/(H+h)

Из подобия треугольников АОС и КОН следует:

AC1=KL·H/(H+h)=(KH+v·t)·H/(H+h)

CC1=AC1-AC=(KH+v·t)·H/(H+h)-KH·H/(H+h)=v·t·H/(H+h)

H/(H+h)=const. Обозначим k=H/(H+h) и перепишем равенство:

AC1=AC+k·v·t

Последнее уравнение соответствует равномерному движению проекции облака со скоростью v·H/(H+h).

Обозначим угол СОА за α, а угол BOA за β. Длина отрезка BB1 равна υниж·t, а длина отрезка CC1 равна υвер·t. Из геометрии видно:

ВС=H·(tg α-tg β)

CD=h·tg α

BD=BC+CD=H·(tg α-tg β)+h·tg α

B1C1=H·(tg C1OA-tg B1OA)

tg C1OA=AC1/H=(AC+CC1)/H=(H·tg α+υвер·t)/Н

tg B1OA=AB1/H=(AB+BB1)/H=(H·tg β+υниж·t)/Н

B1C1=H·tg α+υвер·t-H·tg β-υниж·t

C1D1=h·tg C1LD1

C1LD1=C1OA

C1D1=h·tg C1OA=h·tg α+h·υвер·t/H

B1D1=B1C1+C1D1=H·tg α+υвер·t-H·tg β-υниж·t+h·tg α+h·υвер·t/H

Отрезки BD и B1D1 равны, откуда:

H·(tg α-tg β)+h·tg α=H·tg α+υвер·t-H·tg β-υниж·t+h·tg α+h·υвер·t/H

После преобразования уравнение принимает вид:

υниж·t-υвер·t=h·υвер·t/H

h·υвер/H=υнижвер

Н=h·υвер/(υнижвер)

Скорость проекции (υ) линейно связана с ячейковой скоростью (vяч):

υ=vяч·1

где 1 - размер ячейки. Откуда:

H=h·vвер.яч·1/(vниж.яч·1-vвер.яч·1)=h·vвер.яч/(vниж.яч-vвер.яч)

Данный метод позволяет хорошо приблизиться к точному значению высоты НГО, поскольку зависимость высоты от энергетической яркости в области, где могут находиться облака, можно считать линейной. Ошибка в определении высоты (ξ) по яркости носит аддитивный характер, и при расчете высотной разности слоев она будет компенсироваться:

Hниж=Hниж.ист

Hвер=Hвер.ист

H=Hвер-Hниж=Hвер.ист+ξ-Hниж.ист-ξ=Hвер.ист-Hниж.ист

Для более точной оценки высоты нижней границы облачности с помощью этого метода есть несколько рекомендаций:

- Разбиение кадра на еще большее количество энергетических слоев (4, 5 и т.д.). При этом увеличится общее количество оценок высоты для каждого из них, а значит повысится точность определения НГО.

- Вместо двух кадров можно использовать большее количество пар соседних кадров. Для каждой пары рассчитывается высота нижней границы облачности. Усреднение этих результатов даст еще более точную оценку.

Использованные источники

1. Патент РФ №2321029, МПК G01W 1/00 на изобретение "Способ определения высоты, направления и скорости движения нижней границы облачности".

2. Патент РФ 2136016, МПК G01S 17/95, G01W 1/00, на изобретение "Светолокационный измеритель высоты нижней границы облаков".

3. Патент РФ №2331853, МПК G01J 3/06 на изобретение "Устройство распознавания форм облачности".

4. Международная стандартная атмосфера. Авиация: Энциклопедия. М.: Большая Российская Энциклопедия. Главный редактор Г.П.Свищев. 1994.

Способ определения высоты нижней границы облачности на интервале времени, по которому, посредством широконанорамной автоматизированной сканирующей системы, осуществляющей сканирование в диапазоне спектра собственного излучения поля облачности, программно определяются наиболее котрастные участки, в которых фрагменты облачных слоев сортируются по радиационной температуре, и по проекции слоев определяется их высотная разность и высота нижней границы облачности.
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ОБЛАЧНОСТИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ОБЛАЧНОСТИ
СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ВЫСОТЫ НИЖНЕЙ ГРАНИЦЫ ОБЛАЧНОСТИ
Источник поступления информации: Роспатент

Showing 1-10 of 50 items.
20.01.2013
№216.012.1d7c

Сердечник бронебойной пули

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высоким пробивным действием. Сердечник бронебойной пули выполнен из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 МПа, твердостью HRA не ниже 88,5 единиц,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473042
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.04.2013
№216.012.3435

Бронебойная пуля для стрелкового оружия

Изобретение относиться к боеприпасам стрелкового оружия, а именно к бронебойным пулям стрелкового оружия. Бронебойная пуля содержит оболочку с головной конусообразной частью, размещенными в ней свинцовой рубашкой и твердосплавным сердечником с заостренной головной частью. Головная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478908
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.05.2013
№216.012.3cae

Фармацевтическая композиция, содержащая ферменты: лизоцим, пероксидазу, повиаргол и липосомы, для местного применения

Изобретение относится к фармацевтической промышленности и представляет собой фармацевтическую композицию для лечения и профилактики вирусных и бактериальных инфекций, содержащую в качестве активных ингредиентов: лизоцим, пероксидазу, повиаргол, в качестве противовоспалительных ингредиентов:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481101
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.07.2013
№216.012.564a

Безабразивная зубная паста, содержащая фермент папаин, экстракт гарпагофитума, d,l-пирролидонкарбоксилат n-кокоил этиларгината и натрия фторид

Настоящее изобретение относится к стоматологии, а именно к средствам для ухода за полостью рта. Предлагаемая безабразивная зубная паста содержит фермент папаин, экстракт гарпагофитума, D,L-пирролидонкарбоксилат N-кокоил этиларгината и натрия фторид, а также носитель - натрий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487698
Дата охранного документа: 20.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e2b

Модуль приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании малогабаритных модулей приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Технический результат - создание нового варианта модуля, расширяющего существующий арсенал модулей, характеризующихся...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489728
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.10.2013
№216.012.718b

Зубная паста, содержащая лиофилизированную массу живых бифидобактерий

Настоящее изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии. Предлагается зубная паста, содержащая лиофилизированную массу живых бифидобактерий, ферменты папаин и лизоцим, а также натрия фторид, тетракалия пирофосфат, абразивный компонент, увлажнитель, гидроколлоид,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494724
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.10.2013
№216.012.7856

Зубная паста, содержащая смесь лизатов бактерий

Настоящее изобретение относится к стоматологии, а именно к средствам для ухода за полостью рта. Предлагаемая зубная паста имеет следующий состав исходных компонентов, используемых для ее изготовления: лизаты бактерий Streptococcus pyogenes groupe A, Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496468
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7857

Безабразивная зубная паста, содержащая фермент папаин, экстракт сфагнума, натрий-кальциевую соль сополимера полиметилвинилового спирта и малеиновой кислоты, d,l-пирролидонкарбоксилат n-кокоил этиларгината и натрия фторид

Настоящее изобретение относится к стоматологии, а именно к безабразивной зубной пасте. Предлагаемая безабразивная зубная паста содержит в качестве исходных компонентов папаин, экстракт сфагнума, натрий-кальциевую соль сополимера полиметилвинилового спирта и малеиновой кислоты,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496469
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.01.2014
№216.012.9706

Фармацевтическая композиция, содержащая фермент дезоксирибонуклеазу и/или рибонуклеазу и липосомы, для местного применения

Изобретение относится к медицине и касается фармацевтической композиции для местного применения в виде геля, содержащей фермент дезоксирибонуклеазу (ДНК-азу) и/или рибонуклеазу (РНК-азу) и липосомы, которая может быть использована в медицине для лечения и профилактики вирусных инфекций....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504361
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.05.2014
№216.012.c816

Устройство для рассеивания тумана

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана над различными объектами, к которым следует отнести аэродромы, скоростные автодороги, морские порты и т.п., где для управления транспортными средствами необходимо обеспечение дальности видимости, а также на открытых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516988
Дата охранного документа: 27.05.2014
Showing 1-10 of 70 items.
20.01.2013
№216.012.1d7c

Сердечник бронебойной пули

Изобретение относится к боеприпасам, в частности к пулям автоматным и винтовочным, имеющим сердечник из твердого сплава с высоким пробивным действием. Сердечник бронебойной пули выполнен из твердого сплава с пределом прочности на сжатие более 4000 МПа, твердостью HRA не ниже 88,5 единиц,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002473042
Дата охранного документа: 20.01.2013
10.04.2013
№216.012.3435

Бронебойная пуля для стрелкового оружия

Изобретение относиться к боеприпасам стрелкового оружия, а именно к бронебойным пулям стрелкового оружия. Бронебойная пуля содержит оболочку с головной конусообразной частью, размещенными в ней свинцовой рубашкой и твердосплавным сердечником с заостренной головной частью. Головная...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002478908
Дата охранного документа: 10.04.2013
10.05.2013
№216.012.3cae

Фармацевтическая композиция, содержащая ферменты: лизоцим, пероксидазу, повиаргол и липосомы, для местного применения

Изобретение относится к фармацевтической промышленности и представляет собой фармацевтическую композицию для лечения и профилактики вирусных и бактериальных инфекций, содержащую в качестве активных ингредиентов: лизоцим, пероксидазу, повиаргол, в качестве противовоспалительных ингредиентов:...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002481101
Дата охранного документа: 10.05.2013
20.07.2013
№216.012.564a

Безабразивная зубная паста, содержащая фермент папаин, экстракт гарпагофитума, d,l-пирролидонкарбоксилат n-кокоил этиларгината и натрия фторид

Настоящее изобретение относится к стоматологии, а именно к средствам для ухода за полостью рта. Предлагаемая безабразивная зубная паста содержит фермент папаин, экстракт гарпагофитума, D,L-пирролидонкарбоксилат N-кокоил этиларгината и натрия фторид, а также носитель - натрий...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002487698
Дата охранного документа: 20.07.2013
10.08.2013
№216.012.5e2b

Модуль приемника сигналов глобальных навигационных спутниковых систем

Изобретение относится к радиотехнике и может быть использовано при конструировании малогабаритных модулей приемников сигналов глобальных навигационных спутниковых систем. Технический результат - создание нового варианта модуля, расширяющего существующий арсенал модулей, характеризующихся...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002489728
Дата охранного документа: 10.08.2013
10.10.2013
№216.012.718b

Зубная паста, содержащая лиофилизированную массу живых бифидобактерий

Настоящее изобретение относится к медицине, а именно к стоматологии. Предлагается зубная паста, содержащая лиофилизированную массу живых бифидобактерий, ферменты папаин и лизоцим, а также натрия фторид, тетракалия пирофосфат, абразивный компонент, увлажнитель, гидроколлоид,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002494724
Дата охранного документа: 10.10.2013
27.10.2013
№216.012.7856

Зубная паста, содержащая смесь лизатов бактерий

Настоящее изобретение относится к стоматологии, а именно к средствам для ухода за полостью рта. Предлагаемая зубная паста имеет следующий состав исходных компонентов, используемых для ее изготовления: лизаты бактерий Streptococcus pyogenes groupe A, Enterococcus faecium, Enterococcus faecalis,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496468
Дата охранного документа: 27.10.2013
27.10.2013
№216.012.7857

Безабразивная зубная паста, содержащая фермент папаин, экстракт сфагнума, натрий-кальциевую соль сополимера полиметилвинилового спирта и малеиновой кислоты, d,l-пирролидонкарбоксилат n-кокоил этиларгината и натрия фторид

Настоящее изобретение относится к стоматологии, а именно к безабразивной зубной пасте. Предлагаемая безабразивная зубная паста содержит в качестве исходных компонентов папаин, экстракт сфагнума, натрий-кальциевую соль сополимера полиметилвинилового спирта и малеиновой кислоты,...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002496469
Дата охранного документа: 27.10.2013
20.01.2014
№216.012.9706

Фармацевтическая композиция, содержащая фермент дезоксирибонуклеазу и/или рибонуклеазу и липосомы, для местного применения

Изобретение относится к медицине и касается фармацевтической композиции для местного применения в виде геля, содержащей фермент дезоксирибонуклеазу (ДНК-азу) и/или рибонуклеазу (РНК-азу) и липосомы, которая может быть использована в медицине для лечения и профилактики вирусных инфекций....
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002504361
Дата охранного документа: 20.01.2014
27.05.2014
№216.012.c816

Устройство для рассеивания тумана

Изобретение относится к области техники, предназначенной для рассеивания тумана над различными объектами, к которым следует отнести аэродромы, скоростные автодороги, морские порты и т.п., где для управления транспортными средствами необходимо обеспечение дальности видимости, а также на открытых...
Тип: Изобретение
Номер охранного документа: 0002516988
Дата охранного документа: 27.05.2014
+ добавить свой РИД