Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 16–20 ноября 2020 г.

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

XVIII.E.395

Доплеровский спектр сигнала отраженного взволнованной водной поверхностью при малых углах падения в присутствии постоянного течения: теоретическое рассмотрение и эксперимент

Рябкова М. С. (1), Караев В.Ю. (1), Панфилова М. А. (1), Титченко Ю.А. (1), Мешков Е. М. (1), Зуйкова Э.М. (1)
(1) Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
В настоящее время большой интерес научного сообщества вызывает задача измерения и мониторинга глобального поля морских течений по доплеровскому сдвигу отраженного радиолокационного сигнала (Ardhuin et al, 2019; Nouguier et al, 2018).
При малых углах падения доплеровский спектр описывается гауссовой кривой, определяемой тремя параметрами: шириной, смещением и амплитудой (Караев и др., 2020). Параметры доплеровского спектра зависят от статистических характеристик волнения, вычисляемых как интегралы от модельного спектра волнения (Ryabkova et al, 2019), который зависит от скорости ветра, ветрового разгона и направления волнения.
Ветровое волнение на реке развивается в условиях постоянного течения. Формально это выражается в изменении эффективной скорости ветра в модельном спектре волнения, а также в изменении дисперсионного соотношения. В этом случае параметры доплеровского спектра на течении начинают зависеть также от скорости течения и угла между направлением волнения и направлением течения. Течение приводит к дополнительному смещению доплеровского спектра.
В августе-октябре 2019 года был проведен цикл измерений доплеровского спектра отраженного сигнала с использованием когерентного доплеровского радиолокатора (длина волны 9,7 мм) с симметричной диаграммой направленности антенны (6°х6°), который был установлен на мосту через р. Ока в черте г. Н.Новгород на высоте около 40 м. Синхронно проводились измерения скорости и направления ветра с помощью анемометра. Скорость течения была измерена с помощью видеозаписи перемещения объекта известного размера. Для эксперимента, проведенного 3 октября 2019, года было проведено сравнение модельных и экспериментально измеренных доплеровских спектров. При угле 105 градусов между направлением течения и направлением зондирования модельный доплеровский спектр хорошо описывает интервал частот доплеровского спектра (ширину) и смещение. При зондировании навстречу течению смещение доплеровского спектра больше, чем предсказывает модель. Это говорит о том, что не все факторы, влияющие на характеристики отраженного сигнала, учтены в теоретической модели доплеровского спектра и исследования необходимо продолжить.
Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ (проект 20-05-00462а) и гранта Президента РФ МК-1130.2020.5.

Ключевые слова: скорость и направление течения, ширина и смещение доплеровского спектра, метод Кирхгофа, двухмасштабная модель рассеивающей поверхности, малые углы падения, развивающееся ветровое волнение
Литература:
  1. Ardhuin F., Brandt P., Gaultier L., Donlon C., Battaglia A., Boy F. & the international SKIM team. SKIM, a Candidate Satellite Mission Exploring Global Ocean Currents and Waves // Frontiers in Marine Science. 2019. V. 6. Art. 209.
  2. Nouguier F., Chapron B., Collard F., Mouche A.A., Rascle N., Ardhuin F., and Wu X. Sea Surface Kinematics From Near-Nadir Radar Measurements // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 56, 10, October 2018, pp. 6169-6179, doi: 10.1109/TGRS.2018.2833200.
  3. Караев В.Ю., Панфилова М.А., Рябкова М.С., Титченко Ю.А., Мешков Е.М. Доплеровский спектр радиолокационного сигнала, отражённого морской поверхностью при малых углах падения: эксперимент // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса – 2020. – Т. 17 – №2 – С. 149–161.
  4. Ryabkova M., Karaev V. A modified wave spectrum for modeling in remote sensing problems // IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS-2018): Proc. Valencia, 2018. P. 3274–3277.


Ссылка для цитирования: Рябкова М.С., Караев В.Ю., Панфилова М.А., Титченко Ю.А., Мешков Е.М., Зуйкова Э.М. Доплеровский спектр сигнала отраженного взволнованной водной поверхностью при малых углах падения в присутствии постоянного течения: теоретическое рассмотрение и эксперимент // Материалы 18-й Всероссийской открытой конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2020. C. 241. DOI 10.21046/18DZZconf-2020a

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов

241