Для решения задачи измерения и мониторинга глобального поля морских течений разрабатывается ряд проектов орбитальных радиолокаторов, которые могут быть использованы для измерения поля течения Мирового океана, например, [1, 2]. Для измерения скорости течения предлагается использовать доплеровский спектр отраженного радиолокационного сигнала.
При малых углах падения рассеяние происходит на участках волнового профиля крупномасштабного волнения, которые ориентированы перпендикулярно падающему излучению. На течении происходит трансформация спектра волнения, что приводит к изменению статистических характеристик рассеивающей поверхности и влияет на спектральные характеристики отраженного радиолокационного сигнала.
Проведение измерений в морских условиях является достаточно сложной технической задачей, поэтому для оценки потенциала области малых углов падения в вопросе измерения скорости течения был проведен цикл измерений в речных условиях.
Для проведения измерений впервые одновременно использовались два когерентных доплеровских радиолокатора с длиной волны 9.7 мм и 8.4 мм, с симметричной диаграммой направленности антенны (6×6°) и (4×4°), которые были установлены по обе стороны метромоста через р. Ока в черте г.Нижний Новгород. Благодаря дистанционно управляемому поворотному механизму оператор в ходе измерений изменял угол падения и азимутальный угол. Установленная камера снимала волнение и позволяла определять направление распространения относительно течения.
Такая схема измерения впервые позволила построить зависимости параметров доплеровского спектра для всех азимутальных углов (0 – 360). Синхронно измерялось отражение от переднего и заднего фронта волны. При обработке было выделено четыре варианта: 1) направление ветра совпадает с направление течения и отражение происходит от переднего склона волны, 2) направление ветра против течения и отражение происходит от переднего склона, 3) направление ветра против течения и отражение происходит от заднего склона, 4) направление ветра совпадает с направлением течения и отражение происходит от заднего склона.
При обработке данных вычислялись смещение и ширина доплеровского спектра, а также коэффициенты асимметрии и эксцесса. В ходе анализа был обнаружен новый эффект. Оказалось, что значения коэффициентов асимметрии и эксцесса чувствительны к углу между направлением ветра и направлением течения. Это позволяет по измерению под одним азимутальным углом определить, какой из четырех вариантов реализовался во время эксперимента. Это существенно упрощает решение задачи по измерению скорости течения.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 20-05-00462-a).