RADAR DETERMINATION OF SHIP ROLL PERIOD IN ROUGH SEAS
Subject and Purpose. Understanding ship roll parameters in rough sea conditions is crucial for practical applications, such as evaluating a ship’s stability or classifying a vessel type. The primary roll parameters include the amplitude and frequency (or period) of the ship’s oscillations. Doppler s...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Main Authors: | , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1474 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Radio physics and radio astronomy |
Institution
Radio physics and radio astronomy| id |
rpra-journalorgua-article-1474 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2025-09-16T09:11:16Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
radar measurements scattering Doppler spectrum ship roll |
| spellingShingle |
radar measurements scattering Doppler spectrum ship roll Gorobets, V. N. Golovko, M. I. Gutnik, V. G. Zotov, S. M. RADAR DETERMINATION OF SHIP ROLL PERIOD IN ROUGH SEAS |
| topic_facet |
radar measurements scattering Doppler spectrum ship roll радіолокаційні вимірювання розсіяння доплерівський спектр бортова хитавиця корабля |
| format |
Article |
| author |
Gorobets, V. N. Golovko, M. I. Gutnik, V. G. Zotov, S. M. |
| author_facet |
Gorobets, V. N. Golovko, M. I. Gutnik, V. G. Zotov, S. M. |
| author_sort |
Gorobets, V. N. |
| title |
RADAR DETERMINATION OF SHIP ROLL PERIOD IN ROUGH SEAS |
| title_short |
RADAR DETERMINATION OF SHIP ROLL PERIOD IN ROUGH SEAS |
| title_full |
RADAR DETERMINATION OF SHIP ROLL PERIOD IN ROUGH SEAS |
| title_fullStr |
RADAR DETERMINATION OF SHIP ROLL PERIOD IN ROUGH SEAS |
| title_full_unstemmed |
RADAR DETERMINATION OF SHIP ROLL PERIOD IN ROUGH SEAS |
| title_sort |
radar determination of ship roll period in rough seas |
| title_alt |
РАДІОЛОКАЦІЙНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРІОДУ ХИТАВИЦІ КОРАБЛЯ В УМОВАХ МОРСЬКОГО ХВИЛЮВАННЯ |
| description |
Subject and Purpose. Understanding ship roll parameters in rough sea conditions is crucial for practical applications, such as evaluating a ship’s stability or classifying a vessel type. The primary roll parameters include the amplitude and frequency (or period) of the ship’s oscillations. Doppler spectra of signals reflected from sea vessels moving in turbulent waters are analyzed, aiming to determine the ship’s roll period through spectral processing of signals scattered by various types of vessels in realistic marine environments. Methods and Methodology. The study involves both mathematical calculations and full-scale experimental studies. Average ship roll periods are theoretically calculated using the hydrodynamic theory of ship roll in irregular waves. The sea wave heights in the full-scale experiment are within three to four. The ships in the study vary significantly in size and displacement. The ship roll period is determined by analysis of a sequence of instantaneous Doppler spectra of signals reflected from the ship. The mathematical calculation results are compared with the measurement outcomes.Results. The full-scale experimental studies conducted for two vessel types at different ranges provided instantaneous spectra of Doppler signals. The average roll periods and their variances obtained during experimental data processing were compared with the theoretically calculated values. The comparison results validate the initial assumptions that the reflected signals contain frequencies associated with ship roll. The comparative study between two different ships shows a good agreement of the data.Conclusions. The Doppler signals scattered by a moving vessel in rough sea conditions contain information whose relevant processing yields the average roll period of the ship. The possibility of remote measurements of roll periods enables addressing problems related to surface object recognition and navigation.Keywords: radar measurements; scattering; Doppler spectrum; ship rollManuscript submitted 18.02.2025Radio phys. radio astron. 2025, 30(3): 174-182REFERENCES 1. Sknik, M.L. ed., 1970. Radar handbook. McGraw-Hill Book Company 2. Remez, Yu.V., 1983. Ship pitching. Leningrad, Sudostroenie Publ. 3. Gorobets, V.М, Gutnik, V.G., Zotov, S.M., Kivva, F.V., Shapiro, A.A., 2011. Mathematical model of the radar image of the ship on sea. Radiophys. Electron., 2(16)(4), pp. 60—65. 4. Ferreiro Garcia, R., Antonio, C., Ameal, F., 2001. Ship Stability Monitoring by Motion Frequency Analysis. IFAC Proceed- ings Volumes, 34(7), pp. 39—43. DOI: https://doi.org/10.1016/S1474-6670(17)35056-5 5. Perez, T., Blanke, M., 2010. Ship Roll Motion Control. In: Proc. of 8th IFAC Conference on Control Applications in Marine Systems. Elsevier. 6. Voitkounski, Y.I. ed., 1985. Ship Theory Handbook. Vol. 2. Leningrad, Sudostroenie Publ. 7. Gorobets’, V.M, Sinitsky, V.B, Khomenko, S.І., 2021. A study of microwave over- sea propagation with high-potential X-band Doppler radar. Radiophys. Electron., 26(1), pp. 12—19. DOI: https://doi.org/10.15407/rej2021.01.012 8. Gorobets’, V.M. The Doppler spectra of microwave backscattering by ships. Radiophys. Electron., 3(17)(3), pp. 35—40. 9. Lighthill, M.J., 2001. Waves in Fluids. Cambridge University Press. 10. Marple, S.L. Jr., 1987. Digital spectral analysis: with applications. Englewood Cliffs: Prentice-Hall Publ. 11. Proakis, J.G., Manolakis, D.G., 2007. Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications. Prentice Hall. |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2025 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1474 |
| work_keys_str_mv |
AT gorobetsvn radardeterminationofshiprollperiodinroughseas AT golovkomi radardeterminationofshiprollperiodinroughseas AT gutnikvg radardeterminationofshiprollperiodinroughseas AT zotovsm radardeterminationofshiprollperiodinroughseas AT gorobetsvn radíolokacíjneviznačennâperíoduhitavicíkorablâvumovahmorsʹkogohvilûvannâ AT golovkomi radíolokacíjneviznačennâperíoduhitavicíkorablâvumovahmorsʹkogohvilûvannâ AT gutnikvg radíolokacíjneviznačennâperíoduhitavicíkorablâvumovahmorsʹkogohvilûvannâ AT zotovsm radíolokacíjneviznačennâperíoduhitavicíkorablâvumovahmorsʹkogohvilûvannâ |
| first_indexed |
2025-12-02T15:29:00Z |
| last_indexed |
2025-12-02T15:29:00Z |
| _version_ |
1851757487943843840 |
| spelling |
rpra-journalorgua-article-14742025-09-16T09:11:16Z RADAR DETERMINATION OF SHIP ROLL PERIOD IN ROUGH SEAS РАДІОЛОКАЦІЙНЕ ВИЗНАЧЕННЯ ПЕРІОДУ ХИТАВИЦІ КОРАБЛЯ В УМОВАХ МОРСЬКОГО ХВИЛЮВАННЯ Gorobets, V. N. Golovko, M. I. Gutnik, V. G. Zotov, S. M. radar measurements; scattering; Doppler spectrum; ship roll радіолокаційні вимірювання; розсіяння; доплерівський спектр; бортова хитавиця корабля Subject and Purpose. Understanding ship roll parameters in rough sea conditions is crucial for practical applications, such as evaluating a ship’s stability or classifying a vessel type. The primary roll parameters include the amplitude and frequency (or period) of the ship’s oscillations. Doppler spectra of signals reflected from sea vessels moving in turbulent waters are analyzed, aiming to determine the ship’s roll period through spectral processing of signals scattered by various types of vessels in realistic marine environments. Methods and Methodology. The study involves both mathematical calculations and full-scale experimental studies. Average ship roll periods are theoretically calculated using the hydrodynamic theory of ship roll in irregular waves. The sea wave heights in the full-scale experiment are within three to four. The ships in the study vary significantly in size and displacement. The ship roll period is determined by analysis of a sequence of instantaneous Doppler spectra of signals reflected from the ship. The mathematical calculation results are compared with the measurement outcomes.Results. The full-scale experimental studies conducted for two vessel types at different ranges provided instantaneous spectra of Doppler signals. The average roll periods and their variances obtained during experimental data processing were compared with the theoretically calculated values. The comparison results validate the initial assumptions that the reflected signals contain frequencies associated with ship roll. The comparative study between two different ships shows a good agreement of the data.Conclusions. The Doppler signals scattered by a moving vessel in rough sea conditions contain information whose relevant processing yields the average roll period of the ship. The possibility of remote measurements of roll periods enables addressing problems related to surface object recognition and navigation.Keywords: radar measurements; scattering; Doppler spectrum; ship rollManuscript submitted 18.02.2025Radio phys. radio astron. 2025, 30(3): 174-182REFERENCES 1. Sknik, M.L. ed., 1970. Radar handbook. McGraw-Hill Book Company 2. Remez, Yu.V., 1983. Ship pitching. Leningrad, Sudostroenie Publ. 3. Gorobets, V.М, Gutnik, V.G., Zotov, S.M., Kivva, F.V., Shapiro, A.A., 2011. Mathematical model of the radar image of the ship on sea. Radiophys. Electron., 2(16)(4), pp. 60—65. 4. Ferreiro Garcia, R., Antonio, C., Ameal, F., 2001. Ship Stability Monitoring by Motion Frequency Analysis. IFAC Proceed- ings Volumes, 34(7), pp. 39—43. DOI: https://doi.org/10.1016/S1474-6670(17)35056-5 5. Perez, T., Blanke, M., 2010. Ship Roll Motion Control. In: Proc. of 8th IFAC Conference on Control Applications in Marine Systems. Elsevier. 6. Voitkounski, Y.I. ed., 1985. Ship Theory Handbook. Vol. 2. Leningrad, Sudostroenie Publ. 7. Gorobets’, V.M, Sinitsky, V.B, Khomenko, S.І., 2021. A study of microwave over- sea propagation with high-potential X-band Doppler radar. Radiophys. Electron., 26(1), pp. 12—19. DOI: https://doi.org/10.15407/rej2021.01.012 8. Gorobets’, V.M. The Doppler spectra of microwave backscattering by ships. Radiophys. Electron., 3(17)(3), pp. 35—40. 9. Lighthill, M.J., 2001. Waves in Fluids. Cambridge University Press. 10. Marple, S.L. Jr., 1987. Digital spectral analysis: with applications. Englewood Cliffs: Prentice-Hall Publ. 11. Proakis, J.G., Manolakis, D.G., 2007. Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications. Prentice Hall. Предмет і мета роботи. Знання параметрів хитавиці корабля в умовах морського хвилювання є важливим для низки прикладних задач, зокрема оцінки остійності та розпізнавання типу морського судна. Основними параметрами хитавиці корабля є амплітуда та частота (або період) його коливань. Предметом дослідження є доплерівські спектри сигналів, відбитих від рухомого корабля в умовах морського хвилювання. Метою роботи є визначення періоду бортової хитавиці корабля шляхом спектральної обробки сигналів, розсіяних кораблями різних типів в умовах морського хвилювання.Методи та методологія. Для досягнення поставленої мети використано математичні розрахунки та натурні експериментальні дослідження. Теоретично розраховано середні періоди бортової хитавиці на основі гідродинамічної теорії хитавиці для нерегулярного хвилювання. Натурні експериментальні дослідження проводилися в умовах морського хвилювання силою три-чотири бали з кораблями, що значно відрізнялися за габаритами та водотоннажністю. Періоди бортової хитавиці визначалися за допомогою аналізу послідовності миттєвих доплерівських спектрів сигналів, відбитих від кораблів. Отримані результати математичних розрахунків порівняно з експериментальними даними.Результати роботи. За результатами вимірювань отримано миттєві спектри доплерівських сигналів, розсіяних кораблями двох типів на різних дальностях. Проведено порівняння середніх періодів бортової хитавиці та їхньої дисперсії, отриманих під час обробки експериментальних даних, з результатами теоретичних розрахунків середніх періодів бортової хитавиці. Результати порівняння підтверджують обґрунтованість вихідних припущень щодо наявності у відбитому сигналі частот, пов’язаних із хитавицею корабля. Дослідження продемонструвало добрий збіг результатів порівняння для двох кораблів різних типів.Висновки. Доплерівські сигнали, розсіяні рухомим кораблем в умовах морського хвилювання, містять інформацію, яка при відповідній обробці дозволяє визначити середній період бортової хитавиці. Це дає змогу проводити дистанційне вимірювання періоду хитавиці з подальшим використанням цієї інформації для розв’язання як навігаційних задач, так і задач розпізнавання надводних об’єктів.Ключові слова: радіолокаційні вимірювання, розсіяння, доплерівський спектр, бортова хитавиця корабляСтаття надійшла до редакції 18.02.2025Radio phys. radio astron. 2025, 30(3): 174-182БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК 1. Radar handbook. Editor-In-Chief M.L. Sknik. 1970. McGraw-Hill Book Company. 2. Remez Yu.V. Ship pitching. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1983. 328 с. 3. Горобець В.М., Гутнік В.Г., Зотов С.М., Ківва Ф.В., Шапіро О.А. Математична модель радіолокаційного образу корабля на морському хвилюванні. Радіофізика та електроніка. 2011. Т. 2(16), № 4. С. 60—65. 4. Ferreiro Garcia R., Antonio C., Ameal F. Ship Stability Monitoring by Motion Frequency Analysis. IFAC Proceedings Volumes. 2001. Vol. 34, Iss. 7. P. 39—43. DOI: 10.1016/S1474-6670(17)35056-5 5. Perez T., Blanke M. Ship Roll Motion Control. Proc. of 8th IFAC Conference on Control Applications in Marine Systems. Elsevier. 2010. 6. Ship Theory Handbook. Vol. 2. Voitkounski Y.I. ed. Leningrad, Sudostroenie Publ., 1985. 440 с. 7. Горобець В.М., Синицький В.Б., Хоменко С.І. Дослідження поширення радіохвиль сантиметрового діапазону над морем із використанням високопотенційної доплерівської РЛС. Радіофізика та електроніка. 2021. Т. 26, № 1. С. 12—19. DOI: 10.15407/rej2021.01.012 8. Горобець В.М. Доплерівські спектри вузькосмугових сигналів, відбитих кораблями різних класів. Радіофізика та електроніка. 2012. Т. 3(17), № 3. С. 35—40. 9. Lighthill M.J. Waves in Fluids. Cambridge University Press, 2001. 504 p. 10. Marple S.L.Jr. Digital spectral analysis: with applications. Englewood Cliffs: Prentice-Hall Publ. 1987. 492 p. 11. Proakis J.G., Manolakis D.G. Digital Signal Processing: Principles, Algorithms and Applications. Prentice Hall, 2007. Видавничий дім «Академперіодика» 2025-09-11 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1474 10.15407/rpra30.03.174 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 30, No 3 (2025); 174 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 30, No 3 (2025); 174 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 30, No 3 (2025); 174 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra30.03 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1474/pdf Copyright (c) 2025 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |