ابتكر علماء من سانت بطرسبرغ “LETI” نموذجًا رياضيًا لتحسين دقة ملاحة السفن.
وقالت الخدمة الصحفية بالجامعة إن هذا التطور سيساعد على اكتشاف الأجسام الموجودة على سطح الماء بدقة أكبر حتى في الظروف العاصفة.
وقال التقرير: “إن النموذج الرياضي العالمي الجديد لـ LETI سيزيد من الدقة في ملاحة السفن واكتشاف الأجسام الصغيرة على سطح البحر. وسيتجنب هذا التطور الغموض في تقييم أمواج المحيط عند استخدام مقاييس مختلفة لحالة البحر ويضمن التشغيل المتوقع لأنظمة الرادار، مما يؤدي إلى اكتشاف أكثر دقة للأجسام السطحية حتى في الظروف العاصفة”.
وتم التوضيح أن فعالية نظام الرادار تعتمد بشكل مباشر على حالة البحر، حيث تعكس الأمواج إشارات الراديو وتخلق خلفية ضوضاء يمكن أن تخفي السفن الصغيرة أو أطواف النجاة أو غيرها من الأشياء. هناك عدة طرق لتقييم شدة انعكاس إشارات الرادار من السطح – جدول ناثانسون، الذي تم إنشاؤه على أساس التجارب في منتصف القرن العشرين، ومقياس دوغلاس – وهو نظام لتقييم أمواج المحيط بالنقاط، تم تطويره في القرن التاسع عشر، وهو مقياس المنظمة العالمية للأرصاد الجوية. بالإضافة إلى ذلك، في روسيا، أصبح مقياس موجة البحر الصادر عن الإدارة العامة للأرصاد الجوية الهيدرولوجية لعام 1953 ساري المفعول.
وبحسب الخدمة الصحفية، عند الترجمة بين هذه الأنظمة، هناك عدم دقة لأنه يجب تحويل المقياس إلى معلمات فيزيائية، مثل ارتفاع الموجة. وهذا يمكن أن يؤدي إلى أخطاء في نماذج انعكاس الموجات الراديوية ويقلل من دقة نظام الرادار. بالإضافة إلى ذلك، فإن النماذج الرياضية الحديثة المستخدمة في الملاحة لها أيضًا قيود. على سبيل المثال، نموذج GIT (معهد جورجيا للتكنولوجيا)، المستخدم على نطاق واسع في الصناعة، يناسب البيانات التجريبية بشكل جيد في الحالات البحرية التي تتراوح من 4 إلى 9. ومع ذلك، عندما تكون الأمواج ضعيفة، تحدث اختلافات كبيرة، مما يزيد من احتمال فقدان الأجسام الصغيرة على سطح الماء.
ولذلك، اقترح علماء LETI نموذجًا رياضيًا جديدًا لانعكاس الإشارات الراديوية من سطح البحر. إنه غير مرتبط بتصنيف الموجة في أي نقطة وهو مُحسّن لزوايا تصفح الراديو الصغيرة من 0.1 إلى 10 درجات. هذه هي الزوايا التي تنشأ عند اكتشاف الأجسام على مسافات كبيرة فوق سطح البحر، لذا فإن نمذجتها بدقة أمر مهم بشكل خاص للرادار.
حول التنمية
ونقلت الخدمة الصحفية عن فياتشيسلاف ميخائيلوف، كبير الباحثين في قسم أنظمة هندسة الراديو (RS) بجامعة الهندسة الإلكترونية في سانت بطرسبرغ “LETI”، قوله: “يسمح لنا نموذجنا بتحويل أي مقياس موج – دوغلاس أو المنظمة العالمية للأرصاد الجوية أو الروسية – إلى معلمات فيزيائية قابلة للقياس وارتفاعات موجية كبيرة والحصول على نتائج دقيقة. علاوة على ذلك، فإن صياغة النموذج أبسط من النماذج المماثلة الموجودة، حيث هناك حاجة إلى متغيرات أقل للحساب”.
تجدر الإشارة إلى أن النموذج يعتمد على تقريب ناثانسون للبيانات التجريبية – وهي طريقة رياضية يتم من خلالها وصف مجموعة معقدة من النقاط التجريبية بواسطة دالة أبسط تكرر البيانات الأصلية بأكبر قدر ممكن. بالإضافة إلى ذلك، لا يستخدم النموذج درجات حالة البحر ولكنه يستخدم ارتفاعات كبيرة في الأمواج، مما يجعل هذا النموذج أكثر شيوعًا. ارتفاع الموجة الكبير هو متوسط ارتفاع أعلى ثلث الأمواج. تُستخدم هذه المعلمة على نطاق واسع في علم المحيطات وتسمح بوصف حالة سطح البحر بوضوح: من البحار الهادئة إلى العواصف القوية التي يزيد ارتفاع الأمواج عن 14 مترًا.
وأضاف ميخائيلوف: “لقد قمنا بتسمية نموذج ETU تكريماً لجامعتنا – وهذه هدية رمزية للذكرى الـ 140 لتأسيس LETI. ويمكن استخدام هذا التطور في أنظمة الرادار المدنية، وأنظمة التحكم في السفن غير المأهولة، ومراقبة البيئة البحرية وكذلك في الأنظمة التي تضمن سلامة النقل البحري وعمليات البحث والإنقاذ.”
وكما قالت الجامعة، تم إجراء البحث في إطار المهام الحكومية لوزارة العلوم والتعليم العالي في الاتحاد الروسي. يعمل نموذج ETU على حل التناقضات التاريخية بين مقاييس تقييم حالة البحر المختلفة ويسمح لأنظمة الرادار بالعمل بدقة بغض النظر عن مصدر بيانات الطقس. وهذا مهم بشكل خاص لأنظمة تحديد المواقع الرقمية الحديثة التي تجمع البيانات من عمليات رصد الأقمار الصناعية وخدمات الطقس وأجهزة الاستشعار المحمولة جوا.