Геофизические методы мониторинга поверхностных и подповерхностных структур земли дистанционным зондированием в коротковолновом диапазоне радиоволн

Мониторинг поверхности земли методом дистанционного зондирования в коротковолновом диапазоне радиоволн может позволить оперативно выявлять некоторые геофизические параметры природных систем. Данный диапазон позволяет диагностировать и подповерхностный слой земли, поскольку параметр рассеяния формируется и неоднородностями диэлектрической проницаемости подповерхностных структур [3]. Данным методом при организации мониторингового зондирования, возможно выявлять области изменения этих сред [8], например, для оценки сейсмической опасности и сейсмического риска, опасных природных явлений, таких как землетрясения (предвестников землетрясений), а также некоторых экстремальных событий техногенного характера, что является актуальным в теоретических и прикладных задачах инженерной сейсмологии и сейсмостойкого строительства. Также эти методики могут использоваться для развития системы мониторинга, контроля и прогнозирования чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, а также для оценки рисков возникновения чрезвычайных ситуаций.
В работе предложен новый некогерентный метод оценки параметра сигнал/шум Betta_k. Выполнен сравнительный анализ и показано, что по аналитической (относительной) точности определения этого параметра новый метод на порядок превосходит широко используемый стандартный [5] и одного порядка с известной когерентной методикой [7]. Анализ аналитических погрешностей оценки этого параметра позволил рекомендовать новый метод вместо стандартного [9].
Параметр Betta_k возвращённого, частично рассеянного ионосферного сигнала представляет интерес как важная характеристика “возмущённости”, “мутности” статистически неоднородной ионосферной плазмы, показатель надёжности работы ионосферных каналов связи, а также диагностических каналов [6]. Оперативная и надёжная оценка параметра Betta_k имеет общефизический интерес (радиофизика, геофизика, оптика и т. д.) [4]; конкретизация осуществлена для ионосферного случая.
Проблема измерения и учёта рассеивающей способности земной поверхности в коротковолновом диапазоне радиоволн важна для решения ряда задач, например, при диагностике свойств среды с помощью методов, использующих этот радиодиапазон, когда на трассе происходит промежуточное отражение (рассеяние) от земной поверхности, что представляет интерес для геологоразведочных и экологических исследований [2].
В работе рассматривается задача дистанционной диагностики “шероховатой” земной поверхности и диэлектрических подповерхностных структур в КВ диапазоне. Выбор КВ диапазона позволяет учитывать подповерхностный слой (толщины порядка длины волны падающего излучения). Интерпретация получаемых данных производится на основе статистической мультипликативной модели сигнала.
При этом в качестве параметра, характеризующего рассеивающую способность радиоволн земной поверхности, используется соотношение сигнал/шум. Идея метода определения этого параметра заключается в том, что, располагая синхронной информацией о волне, отражённой от ионосферы и о волне, отражённой от земли и ионосферы (или прошедшей ионосферу дважды при зондировании со спутника), возможно извлекать информацию о параметре рассеяния земной поверхности Betta_k.
Исследован вопрос об оптимизации методик измерения параметра Betta_k с точки зрения допускаемых аналитических (относительных) погрешностей [10]. Индекс K=E,R2,R4–означает регистрируемый первичный параметр: квадратуру E или огибающую R и соответствующий метод (E–когерентный; R–некогерентный).
В работе представлены графики поведения аналитических (относительных) погрешностей для указанных методик в диапазоне экспериментально наблюдаемых значений Betta_k. Показано, что аналитические погрешности методов E и R4 одного порядка (Eps*R4=3/2Eps*E) и существенно превосходят по точности измерения Betta_k по стандартной R2-методике Eps*R2. В итоге, установлено, что достаточная аналитическая точность измерения Betta_k может быть достигнута и при использовании некогерентной аппаратуры [1] с помощью новой методики R4.