Материалы 17-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», Москва, ИКИ РАН, 2019 год

(http://conf.rse.geosmis.ru)

К вопросу об обратном рассеянии электромагнитных волн СВЧ-диапазона морской поверхностью при углах падения меньше 20 градусов

Караев В.Ю. (1), Рябкова М. С. (1), Панфилова М. А. (1), Титченко Ю.А. (1), Мешков Е. М. (1)
(1) ИПФ РАН, Нижний Новгород, Россия
Радиолокационное зондирование морской поверхности активно развивается при средних углах падения, где в настоящее время проводят измерения орбитальные радиолокаторы с синтезированной апертурой (РСА) и скаттерометры. При последующей обработке восстанавливается поле приводного ветра (скаттерометр, РСА), а при выполнении определенных условий можно определить спектр длинных поверхностных волн (> 100 м).
Преимущество малых углов падения связано с тем, что в этом случае спектральные и энергетические характеристики отраженного радиолокационного сигнала содержат информацию о параметрах крупномасштабного, по сравнению с длиной радиолокатора, волнения.
В данной работе продолжено изучение особенностей обратного рассеяния при малых углах падения (< 20 градусов). В проведенных ранее исследованиях была построена модифицированная модель брэгговского рассеяния, в которой корректно учитывается влияние крупномасштабного волнения на спектральные и энергетические характеристики отраженного электромагнитного излучения. Для малых углов падения (< 10 градусов) проведено сравнение модели доплеровского спектра (метод Кирхгофа, квазизеркальное рассеяние) и экспериментальных данных, полученных в ходе эксперимента на морской гидрофизической платформе на Черном море. Получено хорошее совпадение теории и эксперимента.
В данном исследовании основное внимание уделено переходной области углов падения (10 - 20 градусов), где необходимо учитывать вклад в отраженный радиолокационный сигнал обоих механизмов обратного рассеяния. Экспериментальные данные были получены доплеровским радиолокатором Ka-диапазона (длина волны 8,3 мм), установленным на морской гидрофизической платформе, которая расположена на расстоянии 500 м от берега (Черное море, вблизи п.Кацивели). Измерялась зависимость спектральных и энергетических характеристик отраженного сигнала от угла падения и от азимутального угла (угла между направлением волнения и направлением ветра).
Для описания доплеровского спектра (ДС) отраженного радиолокационного сигнала использовались следующие параметры: смещение (положение «центра» тяжести), ширина (удвоенное среднеквадратическое отклонение), асимметрия и эксцесс. При малых углах падения асимметрия и эксцесс близки к нулю и наблюдается их рост при увеличении угла падения. Это является надежным индикатором перехода от доминирования квазизеркального механизма обратного рассеяния к резонансному рассеянию, что позволяет определить границы переходной области углов падения, опираясь на количественные оценки.
Разработана оригинальная процедура обработки данных, которая позволяет разделить вклад квазизеркальной и брэгговской компонент в отраженном сигнале. В ходе эксперимента измерялась зависимость сечения обратного рассеяния от угла падения, что позволило определить дисперсию наклонов крупномасштабного волнения вдоль направления зондирования. В результате была построена зависимость сечения обратного рассеяния квазизеркальной компоненты отраженного радиолокационного сигнала от угла падения. При последующей обработке вычислялся вклад брэгговской компоненты в отраженный сигнал. Были построены зависимости сечения обратного рассеяния, ширины и смещения доплеровского спектра брэгговской компоненты от угла падения. Получено хорошее совпадение экспериментальных данных и оценок по модифицированной модели брэгговского рассеяния.
Таким образом, проведенное исследование показало, что модель доплеровского спектра, объединяющая модифицированную модель брэгговского рассеяния и метод Кирхгофа, показала хорошее совпадение с данными эксперимента при углах падения меньше 20 градусов.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 17-05-00939-а). Авторы выражают благодарность сотрудникам ЧФ ФГБУН ФИЦ МГИ за помощь в проведении эксперимента и компанию НПФ «Микран» за техническую поддержку при подготовке доплеровского радиолокатора к измерениям.

Ключевые слова: радиолокационное зондирование, морское волнение, модель доплеровского спектра, малые углы падения, эксперимент и обработка данных

Презентация доклада

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов

275