Вход

Радиофизические методы обработки информации в народном хозяйстве

Реферат по физике
Дата добавления: 04 мая 2002
Язык реферата: Русский
Word, rtf, 526 кб
Реферат можно скачать бесплатно
Скачать
Данная работа не подходит - план Б:
Создаете заказ
Выбираете исполнителя
Готовый результат
Исполнители предлагают свои условия
Автор работает
Заказать
Не подходит данная работа?
Вы можете заказать написание любой учебной работы на любую тему.
Заказать новую работу
Благодаря развитию радиофизических методов активного и пассивного дистанционного наблюдения появила сь возможность оперативного контроля состояния почв , полевых и огородных культур , лесных массивов с помощью аппаратуры , установленной на спутниках и самолетах . Это важно для быстрой оценки состояния сельскохозяй с твенных культур и лесов своевременного планирован ия агрономических и лесотехнических мероприятий , повышения продуктивности сельского и лесног о хозяйства . т.к отмечалось , что интенсивность радиоте плового излучения различных участков суши на разных частот ах за метно отличается . В частности , излучательная способность, влажной почвы з начительно меньше , чем сухой . Излучательная сп особность влажной почвы зависит от степени увлажнения ее , а также от засоленности и , естественно , от температуры . Излучательная с пособн ость сухих почв зависит от их тем пературы , химического сос тава и плотности. Располагая на спутниках и самолетах радиометры СВЧ- диапазона , измеряют радиотепловое излучение различных уча стков почв и , анализируя его , определяют физиче ские харак теристики их. В час тности , по интенсивности радиотеплового излучения можно судить о степени увлажнения почвы . Чем выше влажность грунта , тем ниже е го излучательная способность . Такой радиометричес кий метод позволяет быстро определять качеств о полива на больших участках о р ошаемых земель и обеспечить оптимальный режим полива , сигнализировать о технических непола дках оросительных систем . Этим методом можно также определять степень засоленности почвен ной влаги , поскольку концентрация растворенных в воде солей влияет на излуча тельную способность воды по-разном у на раз ных частотах . А нализируя радиотепловое излучение исследуе мого участка почвы в разных учас тках СВЧ-диапазона в один и тот же мом ент времени , можно судить о степени засоле нности почвенной влаги , что важно для пред отв ращения засоле ния п очв. Активные радиофизические методы дистанционного зонди рования применяются для эффективного поиска и обнаруже ния водоносных слоев и линз грунтовых волн . Эт о осуществля ется радиолокатор ами подповерхностного зондирования , работающими на дециметровых и метро вых радиоволнах , примерно от 1 дм до 30 м . Выбор сравнительно длинных волн диктуется те м , что с увеличением длины волны увеличива ется глу бина залегания обнаруж иваемых подпочвенных водных образований . При длине волны порядка 1 м можно об наружи ть пресную воду под влажной почвой на глубине 20 м , а под су хой почвой — на глубине до 200 м. Оперативно е подповерхностное зондирование особенно ценно для освоения засушливых м естностей и пустынь. В разных фазах вегетации злаковые и огородные культ у ры имеют различные значения излучательной способности . Поэтому с помощью пассивного дистанционного наблюдения со спутников и самолетов , анализируя интенсивность радиотеп л ового излучения , можно определять состояние в сходов сель скохозяйственных к ультур и соста влять соответствующие кар ты , контролировать рост биомасс ы , прогнозировать урожай.Значительно расширяют воз можности контроля состояния сельскохозяйственных культур активные дистанционные мето ды . Поскольку отражательна я способность растений в радиодиапазоне существенно зависит от величины зеленой массы : стеблей и листьев и характер этой зависимости различен для злаковых и огородных культур , радиолокационная аппаратура, установленная на спутниках и самолетах , позволяет получать - ценную дополнительную информацию о величине биомассы и ее свойствах . Таким пут ем , например , можно судить о заболе ваниях растений. Отлич ать одни культуры от других можно , анализи руя " различную зависимость от ражательной способности культуры от величины биомассы . Т ак , например , рост зелено й массы : стеблей и листьев пш еницы , ячменя , кукурузы уменьшает от ражательную способность посевов эти х культур в радиодиапа зоне . Для корнеплодов (картофеля , свеклы ) наблюдается обратная зависимость : с ростом биомассы р астет отражательная - способность в радио диапазоне. Исключител ьная оперативность получения данных о состоя ии сельскохозяйственных культур на больших площадях и динамике изменения этого состояния с течением времени делает дистанционные радиофизические методы особенно ценными для надежного прогнози рова ния урожая разных культур и оптимального планирования необходимых агротехнических ме роприятий. “Осмотр” лесных массивов Наблюдения с воздуха за состоянием лесных массивов в видимой части спектра не могут проводиться ночью , при нали чии над лесами облак ов ил и дыма . Важную дополнительную - информацию о лесных массивах мог ут дать радиофизические - дистанционные наблюдения . Сочетая активные и пассивные методы , можно определять преимущественные породы деревь ев в тех или иных участк ах , состояние этих участков , вы являть - зоны поражения ле сов . Радиофизические методы позволяют весьма оперативно производ ить инвентаризацию лесных мас сивов. Исключительный интерес представляет обнаружение оча гов лесных пожаров с помощью анализа радиотеплового излучения , принимаемого СВЧ-р адиометрами , установленными на спутниках или с амолетах . Очаги обнаруживаются радиофи зическими методами и локализуются , даже если леса покрыты ? об лаками или дымом и на самой ранней ст адии загорания. СВЧ-радиометрия позволяет также контролировать температуру торфяников и заблаговременно обнаруживать очаи ; по дземных пожаров. Радиофизические методы уже сейчас помогают в оператив ной борьбе с лесными и под земными пожарами и весьма пер спективны в этом плане. Проводимые для метеорологии измерения физ ических : св ойств атмосферы определенного района имеют большое зна чение для авиа ции , сельского хозяйства и других отраслей народного хозяйства . уже говорилось в преды дущей главе о применении радиофизических дистанционных метод ов для глобальн ых измерений состояния атмосферы. Эти же методы все шире применяються и для региональных атмос ферных измерений . Сейчас наиболее широко прим еняют для исследования атмосферы шары-радиозонды , на борту которых размещены приборы , изме ряющие температуру , давление и влажность возд уха . Показания этих приборов специальный радиопередатчик автоматически передает на Землю . При помощи радиолокаторов определяют местоположение шаров и вектор скорости их движения , что по зволяет судить о скорости и направлении ветра на разных высотах . К . сожалению , измерен ия при помощи радиозондов оказываются весьма громоздк ими и медленными . Для слежения только за одним таким шаром и получения информации о параметрах атмосферы вдоль его траектории требуется несколько часов .. Необходимо еще дополнительное время для обобщения информации , поступающей о т многих радиозондов. Для метеоро логических прогнозов желательно знать параметры вдоль всей ее толщи в течение очень короткого времени , порядка нескольких минут . Это удается сделать путем направленного дистанционного измерения и а нализа радиот еплового излучения различных слоев атмосферы на разных длинах волн , примерно от 1 мм до 2 см . Поскольку слои атмосферы , находящиеся на разных высотах , дают наиболе е- интенсивное радиот епловое излучение на разных длинах волн , анализ излучения по зволяет сразу получить информацию о физических п араметрах атмосферы на разных высотах , вдоль , всей толщи атмосферы над определенными пунктами . Реализующие эту методику наземные метеорадиотелескопы по зволяют практически мгновенно дистанционно измер ять распр еделение температуры и влажности атмосферы по высоте вдоль , всей толщи атмосферы . Такие метеорадиотелескопы несом ненно найдут широкое применение в мет еорологии. В метеорол огии довольно широко применяют радиолокаторы , быстро обнаруживающие атмосферные осадк и , облака , ураганы , области повышенных градиентов температуры и давления , грозовые разряды . На рис .1 предст авлен индикатор кругового обзора радиолокатора с изображением грозовых рис 1 очагов и ливней . Радиолокаторы позволяют оперативно след ить за перемещениями облаков , гроз , ураганов , получая ценную информацию о структуре , форм е , размерах и физических свойствах объектов. Радиол о каторы на транспорте и рыбных промыслах Радиолокаторы на транспорте В условиях сильно возросши х скоростей транспортных средств (самолетов , кораблей , поездов и автомобилей ) особое значение приобретает безопасность движе ния , предотвращение столкновений , сво евременно е и быстрое обнаружение различных препятствий . Достижение указанных целей обес печивается радиолокаторами разных ти пов , устанавливаемыми на самолетах , кораблях , п оездах , автомобилях. Широко известны самолетные радиолокаторы . Они быстр о обнаруживают различные препятствия (горы , скалы , мачты , маяки и т . д .), другие самолеты и их местоположение , что позволяет автоматически предотвращать с толкновения с этими объектами . Для определени я высоты полета самолета над земной поверхностью применяют с пециальные радиолокаторы , называемые радиовысот омерами (радиоальтиметрами ). Посылая в направлении подстилающей поверхности зондирую щую волну , принимают отраженную от нее волну и , измеряя вре мя , прошедшее от момента излучения зондирующе й волны до момента приема отраже нной волны , определяют высоту п олета летательного аппарата . Радиовысотомеры имею т важное значение в авиации и позволяют непрерывно определять даже очень малые выс оты , что делает возможным приземле ние самолетов ночью и в тумане при “слепой” посадке. Судовые радиолокаторы обнаруживают скалы , айсберги , острова , другие суда , автоматически определяю т расстояние до них и обеспечивают безопа сное вождение кораблей ночью , в тумане , вблизи скалистых б ерегов. Сейчас начинают устанавливать радиолокаторы на поездах и ав томобилях , чтобы предотвращать ст олкно вение со встречными транспортными средствами. Активные радиофизические методы позволили создать для надежного и безопасного движения самолетов и судов слож ные ради онавигационные системы , использующие направлен ное излуч ение радиоволн , модулированных определенным об разом , которое принимается - специальными радиоприемника ми , устанавливаемыми на самолетах и кораблях . Эти системы обеспечивают безопасное вождение движущихся объе ктов по заданной траектории в сложных мет еорологи ческих условиях , иногда при полном отсут ствии видимости . Радионавигацион ные системы позволяют осуществлять автома тическое управление полетом самолета или движ ением корабля без участия человека , особенно в сложных условиях . Такие системы обес печивают , напри мер , автоматизированную посадку самол етов на палубу корабля , безопасное вождение и лоцманскую проводку судов в гаванях и фарватерах. Промысловая разведка рыб Активные и пассивные радио физические методы дистанци онного наблюдения могут давать информацию , по лезную и для рыболовства . Радиометры и радиолокаторы , установленные на спутниках и самолетах , позволяют измерять степень солено сти морской воды и ее изменение в раз ных участках океанов и м орей . Такие измерения важны для районов со срав нительно резкими изме нениями солености воды , в частности ; в местах встречи океанских течений в устья х рек , расширяющихся в сторону моря , вдоль берегов . Результаты этих измерений позволяют рыбакам прогнозировать пути миграции рыб различных видов и места наиболее вероятного скоп лени я их . Поскольку радиометры , установленные на летательных аппаратах и принимающие радиотепло вое излучение воды, реагируют на разность температур в во де порядка одного градуса , анализ их данны х дает возможность выявлять косяки - рыб. Однако для поисков кос яков рыб , находящихся на значительных глубинах порядка сотен метров или километра электромагнитные волны радиоча стотного диапазона практически непригодны вследс твие большого поглощения их в морской воде . Для такого поиска естественно применять акустичес ки е волны , испытывающие меньшее поглощение в воде , чем элект ромагнитные . Поэтому для поиска косяков рыб широко используются гидроакустические мет оды , в особенности гидроакустическая локация ( гидролокация ). По существу дела в гидролокации используются те же принципы , что и в радиолокации , только вместо электромагнитн ых волн излучаются принимаются акустические волны в воде и вместо радиоан тенн применяются специфические излу чающие и принимающие устройства акустических волн. Передающее устройство и злучает зондирующую акустическую волну , отражающуюся от косяка рыб или других объектов , приемное устройство принимает отраженную волну , измеряется время между моментом излучения зондирующего сигнала и моментом приема о траженного сигнала и по этому времени определяют р асстояние до объекта , а по ориентация ) ула вливающего элемента приемного устройства — н аправле ние на него. Применяют гидролокационные устройства двух типов эхолоты и г идролокаторы . Эхолоты представляют собой гидро локаторы , действие кот орых ограничено вертикальной плоскостью . Они обычно располагаются в днище судов и производят поиск рыбы под килем судна . Гидролокаторы осуществ ляют поиск скоплени й рыбы во всех направлениях относитель но корабля . В данных гидролокацио нных приборах обыч но используют импульсн ый метод локации , работают , как прави ло , в диапазоне ультразвуковых ч астот (от ДО до 200 кГц ) при . длительности импуль сов от десятых долей микросекунды до неск ольких десятков микросекунд . Косяки рыб обнар уживаются на расстояниях от су дна до нескольких километров и на глубинах до 1,5 км . Радиофизические методы поиска рыбы при обретают все большее народнохозяйственное значен ие. Поиск полез ных ископаемых Радиофизические методы исследовани я эффективно применяются в геофизической разв едке . В комплексе с другими методами геофизической разведки они дают ценную доп олнительную информацию о геологическом строении земной коры на различных участках и месторождениях полезных ископаем ых. Основой дл я этих методов , называемых геофизиками ра диоволновыми (электродинамичес кими ), является различие электромагнитных свойств разных участков земной поверхно сти , отражающее различие в их геологич еском строении , наличии тех или иных пород . Используются гармонические радиоволны , создаваем ые радиопередающей антенной у поверх ности земли . Известны различные радиоволновые методы ис следов ания поверхностного слоя Земли . Распространен метод непрерывного радиоволнового профилирования в движении . На автомашине располагается ген ератор гармонических электромагнитных колебаний н ебольшой мощности , возбуждающий рамочную антенну , плоскость которой горизонтальна . Частота колебаний о бычно выбирается в пределах 5-15 МГц , При движении над участками земн ой поверхности с различны ми электромагнитными свойствами изменяется амплитуда и фаза высокочастотного тока в ант енне и , анализируя эти изменения , можно су дить о строении участков земной поверхности , над которыми движется рамка . Исследования проводятся весьма оперативно . Метод успешно применяется для определения диэлектрической проницаемост и и электричес кой проводимости пород на вы сокой частоте и позволяет изучать состав почвогрунтов , проводить инженерно-геологические съемки в северных районах , выделять талые и мерзлые породы и решать другие важные прикладные задачи. Используется также метод радиокомпарирования и пелен гации . Он основан на из мерении составляющих электрического и магнитного поля гармонической радиоволн ы , излученной радиопередающей ант енной , находящейся далеко от места измерения . На величину этих составляющих влияют эле ктрически е параметры участка поверхности земли , над которым производят измерения . Анали зируя изменения составляющих электромагнитного поля радиоволны , распростра няющейся над земной поверхностью , судят об электрических параметрах соответствующих участков поверхности . Измерительную ап паратуру располагают на автомобилях или самолетах . М етод наиболее успешно применяется для поиска рудных тел , круп ных ли нз пресных вод среди минерализированных вод и в дру гих случаях ре зкого отличия электрических параметров объекта от пара метров окружающей среды. Радиофизи ческие методы дистанционного зондирования позволяют с помощью аппаратуры , у становленной на спутниках или самолетах , прои зводить успешный поиск отдельных рудных тел , угольных пластов , залежей минералов. Контроль за грязнения окружающей среды Быстрые темпы развития инду стрии привели к весьма не желательным последствиям — резкому увели чению масштабов загрязнения о кружающей человека природной среды . Охрана окружающей среды является одной из актуальных глобальных задач человечеств а , и уже сейчас необходимо осуществлять действенный , оперативный контроль ее загря знения. Такому контролю способствуют радиофизические методы дис танционного наблюдения природных сред со спут ников и самолетов . СВЧ-радиометры сравнительно легко и надежно обн аруживают нефтяные пятна на поверхности моря , поскольку эти пятна обусловливают з аметные изменения радиояркостн ой температуры поверхности воды . Радиолок аторы позволя ют оперативно контролировать пленки нефтяных разливов на п оверхности морей и океанов и опре деля ть границы их . По и зменениям интенсивности и частоты радиотеплового излучения слоев атмосферы , обусловленным нал ичием в них примес ей ра зличных газов , можно определять концентрацию этих газов в атмосфере на разных высотах . Аналогичным образом • можно изу чать и распределение озона в атмосфере , столь важно го для жизни людей . Загрязнения атмосферы изме няют степень поглощения ею радиоволн различных частот , что по зволяет для деталь ного контроля этих загрязнений применять радиолокаторы. Особен но перспективны дл я контроля загрязнения природных сред легко фокусируемые монохромат ические , когерент ные электр омагнитные волны лазеров . Поэтому быстро разв и ваются эффективные способ ы контроля загрязнения атмосфе ры или воды теми или иными вещест вами при помощи лазеров . Они основаны на свойстве атомов и молекул поглощать или излучать электромагнит ные волны только вполне опреде ленной для каждого вещества частоты . Каждое вещество имеет характерный дл я него набор частот , на которых проис ходит излучение или поглощ ение электромаг нитной энергии , а интенсивность поглощения или излучен ия на этих частотах позволяет определять количество данного вещества в окружающей сред е . Устанавливая на определенном расстоянии др уг от друга лазер и фотоприемник и пе рестраивая в широких пределах част оту излучения лазера , можно определить степень поглощения луча на определенных частотах и таким образом судить о степени загрязнения воздуха различными веще ствами . Точность измерения степени загрязнения воздуха может достигать миллионных долей п роцента , а сами измере ния проводятся значительно быстрее химиче ских анализов воздуха. Представля ет значительный практический интерес лазер ная система быстрого обнаруж ения и анализа масел или нефти в моря х и океанах . Лазер устанавливается на само лете , ле тящем на высот е 300 м . Специальное устройство развертки за ставляет луч лазера пр обегать по участку поверхности воды и , поп адая на пятна нефти или масла , вызывает свечение их . Фотоприемник определяет частоту и яркость свечения , а так же местонахождение его источника . Прео бразуя принимаемые сигналы и подавая их на телевизионный экран , развертка которого синхрон изирована с разверткой лазерного луча , получа ют изображение пятен нефти на поверхности воды . По яркости пятен можно судить о толщине слоя нефти . Та ким пу тем удается б ыстро различать десятки различных сортов нефти и масла и определять толщину о бразовавшейся пленки.
© Рефератбанк, 2002 - 2017