Материалы 21-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса»
Москва, ИКИ РАН, 13–17 ноября 2023 г.

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

XXI.E.161

Теоретическая модель для формы отраженного импульса наклонного высотомера

Караев В.Ю. (1), Титченко Ю.А. (1), Панфилова М. А. (1), Мешков Е. М. (1)
(1) Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Дистанционное зондирование это эффективный метод получения глобальной информации о состоянии морской поверхности. Орбитальные радиовысотомеры измеряют высоту значительного волнения в Мировом океане, и информация используется при описании волнового климата. Данные ассимилируются в численные модели волнения, например, WaveWatch III, SWAN. Это необходимо делать, чтобы результаты численного моделирования не расходились с реальным волнением.
Недостаток данных радиовысотомеров связан с тем, что зондирование выполняется при нулевом угле падения и высота волнения восстанавливается только вдоль трека. Расстояние между соседними треками превышает 100 км, а регулярность повторения трека обычно составляет около 10 суток.
Более информативным было бы восстановление высоты значительного волнения в широкой полосе обзора и такие проекты прорабатываются, в частности, использующие бистатическую схему измерения.
Радиолокатор с синтезированной апертурой выполняет измерение в полосе обзора с хорошим пространственным измерением, и разработанные алгоритмы позволяют определять высоту волнения. Однако такие измерения не являются регулярными и охватывают незначительную часть Мирового океана.
Полоса обзора может быть сформирована за счет сканирования лучом в направлении перпендикулярном направлению полета, как это реализовано у дождевых радиолокаторов спутников TRMM (Tropical Rain Measurement Mission) и GPM (Global Precipitation Measurement).
Радиовысотомеры работают при надирном зондировании и для восстановления высоты значительного волнения используется теоретическая модель, описывающая форму отраженного импульса. Для наклонного зондирования теоретическая модель отсутствует, что тормозит разработку «наклонного» радиовысотомера.
При сканировании в области малых углов падения (< 12˚) механизм обратного рассеяния остается квазизеркальным и для описания отраженного сигнала применяется метод Кирхгофа. В ходе исследования впервые была получена аналитическая формула для формы отраженного импульса при наклонном зондировании. Численные оценки выполнены для двух случаев: самолета (высота 10000 м) и спутника (высота 1000 км). Показано, что изменение длительности импульса в достаточно широких пределах не влияет на форму отраженного импульса. Применение узкой диаграммы направленности антенны (< 0,5°) позволяет измерять высоту значительного волнения в полосе обзора с шагом в 1°.
Использование ножевой диаграммы направленности антенны, ориентированной в направлении перпендикулярном направлению полета, делает невозможным определение высоты значительного волнения, однако позволяет измерять дисперсию уклонов крупномасштабного, по сравнению с длиной волны радиолокатора, волнения.
Таким образом, применение в радиолокаторе двух антенн с разными диаграммами направленности антенны позволит измерять оба параметра: высоту значительного волнения и дисперсию уклонов крупномасштабного волнения в полосе обзора радиовысотомера.
Работа выполнена в рамках госзадания ИПФ РАН (FFUF-2021-0006)

Ключевые слова: морское волнение, высота значительного волнения, форма отраженного импульса, малые углы падения, метод Кирхгофа

Презентация доклада



Ссылка для цитирования: Караев В.Ю., Титченко Ю.А., Панфилова М.А., Мешков Е.М. Теоретическая модель для формы отраженного импульса наклонного высотомера // Материалы 21-й Международной конференции «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». Москва: ИКИ РАН, 2023. C. 210. DOI 10.21046/21DZZconf-2023a

Дистанционные исследования водных объектов

210