Лазерный локатор для регистрации статистических характеристик зеркальных бликов на морской поверхности с веерной диаграммой направленности зондирующего пучка

Дано описание макета нового компактного лазерного локатора, предназначенного для дистанционной регистрации характеристик морского волнения с борта судна. Прибор регистрирует с помощью ПЗС-линейки отраженное от морской поверхности лазерное излучение, имеющее форму «веера». В макете использован лазерный диод Oclaro HL63193, работающий в непрерывном режиме в области длин волн 634–637 нм с выходной мощностью до 500 мВт. Освещаемый лазером участок на морской поверхности представляет собой полосу шириной 4–5 мм и длиной 2–3 м (при размещении макета на судне на высоте 6–9 м над уровнем моря). Приемный блок макета выполнен на базе кинопроекционного объектива ОП-55АР и ПЗС-линейки Sony ILX554A. Выполнена проверка работоспособности макета в лабораторных и морских условиях. Показано, что скорость сканирования морской поверхности может быть значительно выше (до 833 Гц), чем у ранее созданных макетов с узким пучком, когда используется механическое сканирование зеркала (7–15 Гц). Это позволяет увеличивать скорость накопления данных и тем самым уменьшать дисперсию измеряемых за заданное время величин, что в свою очередь делает возможным регистрацию более слабых воздействий гидродинамических процессов на морскую поверхность. При этом масса макета уменьшилась до 5 кг вместо 35 кг (у макета с узким пучком и механическим сканером).

1. Оптика океана. Т. 2. Прикладная оптика океана / Отв. ред. А. С. Монин. М.: Наука, 1983. 236 с.

2. Рис. У. Основы дистанционного зондирования. М.: Техносфера, 2006. 335 с.

3. Смирнов Г.В., Еремеев В.Н., Агеев М.Д. и др. Океанология: средства и методы океанологических исследований / Международная ассоциация академий наук, Российская академия наук, Национальная академия наук Украины. М.: Наука, 2005. 795 с.

4. Баханов В.В., Демакова А.А., Кориненко А.Е., Рябкова М.С., Титов В.И. Оценка спектров ветровых волн с длинами волн от сантиметров до метра по изображениям поверхности моря // Морской гидрофизический журнал. 2018. Т. 34, № 3 (201). С. 192–205.

5. Мясоедов А.Г., Кудрявцев В.Н. Оценка контрастов поверхностных проявлений океанических явлений по изображениям солнечного блика // Ученые записки Российского государственного гидрометеорологического университета. СПб., РГГМУ. 2010. № 16. С. 94–114.

6. Муро Э.Л., Павлова Т.В. Определение высоты и периодов морских волн по характеристикам оптических сигналов, отраженных от морских поверхностей // Некогерентные методы измерения океанографических параметров / Под ред. Трузинова В. М. и Киреева И. В. М.: Гидрометеоиздат, 1977. С. 133–141.

7. Бафтон Дж.Л. Лазерные альтиметрические измерения с борта самолета и космических аппаратов // ТИИЭР. 1989. Т. 77, № 3. С. 71–90.

8. Wright R., Deloatch J., Osgood S., Yuan J. The spectral reflectance of ship wakes between 400 and 900 nanometers // International Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS). 2012. P. 4186–4189.

9. Носов В.Н., Иванов С.Г., Тимонин В.И., Подгребенков А.Л., Плишкин А.Н., Каледин С.Б., Глебова Т.В., Ядренцев А.Н., Захаров В.К. Совместный космический и морской эксперимент по комплексной регистрации следа судна // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2015. Т. 8, № 4. С. 34–35.

10. Пелевин В.Н., Алтунин А.И., Ефимова Л.А. Дистанционные измерения параметров морского волнения методами лазерной техники // Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов / Под. ред. Г. И. Галазий. Таллин, 1980. С. 46–49.

11. Гольдин Ю.А., Кагайн В.Е., Кельбалиханов Б.Ф., Локк Я.Ф., Пелевин В.Н. Локация волнующейся поверхности моря с помощью ОКГ с борта вертолета // Оптические методы изучения океанов и внутренних водоемов / Под. ред. Г. И. Галазий. Новосибирск: Наука, 1979. С. 135–140.

12. Ву Ж., Хаймбах С.П., Хсу Ю.Л. Сканирующий прибор для исследования ветровой ряби на поверхности моря // Приборы для научных исследований. 1981. № 8. С. 120–126.

13. Носов В.Н., Пашин С.Ю. Статистические характеристики ветрового волнения в гравитационно-капиллярной области спектра // Изв. АН СССР ФАО. 1990. Т. 26, № 11. С. 1161–1169.

14. Носов В.Н., Пашин С.Ю., Хандогин Д.К., Дубнер А.Б. Об использовании метода лазерного сканирования для регистрации анизотропии поверхностного волнения // Изв. АН СССР ФАО. 1990. Т. 26, № 2. C. 206–212.

15. Горелов А.М., Зевакин Е.А., Иванов С.Г., Каледин С.Б., Леонов С.О., Носов В.Н., Савин А.С. О комплексном подходе к дистанционной регистрации гидродинамических возмущений морской среды оптическими методами // Физические основы приборостроения. 2012. Т. 1, № 4. С. 58–65.

16. Носов В.Н., Иванов С.Г., Каледин С.Б., Тимонин В.И. Исследование анизотропии статистических характеристик ветрового волнения при воздействии гидродинамических возмущений лазерно-бликовым методом // Процессы в геосредах. 2018. № 1 (14). C. 757–764.

17. Toshiyuki Y., Kiyotoshi N., Kelichi U., Katsutochi O. Maritime monitoring/searching method. Патент JP 2010133802 (A).

18. Barrick D.E. Rough surface scattering based on the specular point theory // IEEE Trans. On Anten. And Prop. 1968. V. AP-16. N 4. P. 449–454.

19. Артемьев В.А., Буренков В.И., Возняк С.Б., Григорьев А.В., Дарецки М., Демидов А., Копелевич О.В., Французов О. Н., Храпко А. Н. Подспутниковые измерения цвета океана: натурный эксперимент в Черном и Эгейском морях // Океанология. 2000. Т. 40, № 2. С. 192–198.