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

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

Натурные измерения бистатических характеристик отраженного водной поверхностью излучения с помощью модифицированного радиолокатора

Титченко Ю.А. (1), Караев В.Ю. (1), Зуйкова Э.М. (1), Мешков Е.М. (1), Панфилова М.А. (1), Рябкова М.С. (1)
(1) Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Для тестирования нового подхода расчета доплеровского спектра, отраженного водной поверхностью излучения [1-3] в 2019 году были проведены первые натурные измерения на мосту через реку Ока в Нижнем Новгороде. В экспериментах использовалась уникальная схема измерений с одним радиолокатором позволяющая проводить бистатические измерения. Предлагаемая схема аналогична подходу измерения матрицы бистатического рассеяния точечной цели с помощью моностатического радара [4]. Однако впервые данный подход применен для измерения доплеровского спектра отраженного водной поверхностью излучения.
За основу взят доплеровский радиолокатор Х-диапазона, разработанный в ИПФ РАН, в котором с помощью направленного ответвителя, коаксиально-волноводных переходов, СВЧ-кабеля, а так же дополнительного рупора и отражателя были организованы две отдельные приемная и излучающие антенны, свободно поворачивающиеся друг относительно друга. Излучающая антенна направлена на специальную металлическую пластину («СВЧ- зеркало») расположенную на удалении вдоль моста. Отражённое «СВЧ- зеркалом» излучение падает на водную поверхность. Затем зеркально отраженное водной поверхностью излучение принимается второй антенной располагающейся рядом с излучающей. Такая схема эквивалентна использованию в месте расположения «СВЧ-зеркала» отдельной приемной антенны, однако не требует использования двух отдельных радиолокаторов и высокостабильных генераторов.
Преимуществом бистатических измерений является возможность проведения измерений на значительном удалении от места установки радиолокатора и при этом оставаться в квазизеркальной области отражения, которая хорошо описывается в теории. Кроме того, уровень мощности принимаемого сигнала в квазизеркальной области отражения значительно превосходит область резонансного рассеяния. Развитость теоретического описания позволяет для расчета прямой задачи пользоваться выражениями в явном виде, определяющими взаимосвязь характеристик рассеяния и параметров отражающей поверхности. Такие выражения в свою очередь позволяют создавать алгоритмы решения обратной задачи по восстановлению параметров поверхностных волн, влияющих на отраженное излучение.
В результате получены измерения доплеровского спектра отраженного водной поверхностью сигнала в бистатической постановке задачи. Измерения выполнены при различных условиях формирования волнения (скорость и направление ветра), а также при различных углах падающего и принимаемого излучения (наблюдение в квазизеркальной области отражения). Сравнение натурных измерений с теоретическими расчетами подтверждает работоспособность предлагаемого подхода описания доплеровского спектра отраженного излучения в бистатической постановке задачи.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 18-35-20057 мол_а_вед).

Ключевые слова: бистатическая радиолокация, доплеровский спектр, параметры поверхностных волн, натурный эксперимент, приближение Кирхгофа, квазизеркальное отражение, дисперсия наклонов, метод касательной плоскости
Литература:
  1. Титченко Ю. А., Караев В. Ю. Особенности теоретической модели спектральных и энергетических характеристик рассеянных волн с учетом диаграмм направленности приемной и излучающей антенн при зондировании морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. ‒ 2016. ‒ T. 13, № 2. ‒ C. 67-84.
  2. Titchenko Y., Karaev V. Doppler Spectrum of Microwaves at Forward Scattering from the Sea Surface // IGARSS 2018 - 2018 IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium. ‒2018. ‒ C. 4127-4130.
  3. Титченко Ю. А., Караев В. Ю. Аналитический подход к решению обратной задачи при бистатическом зондировании морской поверхности // Пятнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА» ‒ Москва: ИКИ РАН, 2017. ‒ C. 299.
  4. Sarabandi K., Nashashibi A. A novel bistatic scattering matrix measurement technique using a monostatic radar // Antennas and Propagation, IEEE Transactions on. ‒ 1996. ‒ T. 44. ‒ C. 41-50.

Презентация доклада

Вопросы создания и использования приборов и систем для спутникового мониторинга состояния окружающей среды

149