Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Четырнадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса"

XIV.G.119

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

Белов С. Ю. (1), Белова И. Н. (2)
(1) МГУ им. М.В. Ломоносова, Москва, Россия
(2) Институт физики атмосферы им. А.М. Обухова РАН, Москва, Россия
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.

Ключевые слова: дистанционное зондирование, рассеяние радиоволн поверхностью, методика измерения, КВ-диапазон, параметр рассеяния сигнал/шум, ионосфера.
Литература:
  1. Белов С.Ю., Белова И.Н. Функциональная схема экспериментальной аппаратуры когерентного приёма в задачах мониторинга поверхности земли методом дистанционного зондирования в коротковолновом диапазоне радиоволн. // Прикладные аспекты геологии, геофизики и геоэкологии с использованием современных информационных технологий: материалы III Международной научно-практической конференции. Майкоп, ISBN 978-5-906696-22-9. 2015. С. 53–58.
  2. Белов С.Ю., Белова И.Н. Мониторинг поверхности земли методом дистанционного зондирования в КВ-радиодиапазоне. // V Международная молодёжная научная конференция «Экология-2015»: материалы докл. Всероссийской конференции с международным участием, ISBN 978-5-91378-098-0. Архангельск. 2015. С. 6–7.
  3. Белов С.Ю. О некоторых характеристиках рассеивающей способности земной поверхности при дистанционном зондировании в коротковолновом диапазоне радиоволн. // Региональные проблемы дистанционного зондирования Земли: материалы II Междунар. науч. конференции (РПДЗЗ-2015), науч. ред. Е.А. Ваганов; отв. ред. М.В. Носков. ISBN 978-5-7638-3306-5. Красноярск, СФУ, 2015. С. 101–104.
  4. Белов С.Ю. О способах определения параметра сигнал/шум при отражении радиоволн от границы раздела двух сред в КВ-диапазоне. // Комплексные исследования морей России: оперативная океанография и экспедиционные исследования. Материалы молодёжной научной конференции, г. Севастополь, ФГБУН МГИ. ISBN 978-5-9908460-0-5. 2016 г. С. 528–533.
  5. Белов С.Ю. Когерентный и некогерентный методы определения параметра сигнал/шум в задачах распространения радиосигнала коротковолнового диапазона радиоволн. // XXIII Международная конференция студентов, аспирантов и молодых учёных по фундаментальным наукам «Ломоносов—2016». Сборник тезисов. Т. 1. - М. Физический факультет МГУ, 2016. ISBN 978-5-8279-0127-3. С. 171-173.
  6. Belov S.Yu., Belova I.N. The analysis of methods of determination the scattering parameter of the inhomogeneous fluctuating ionospheric screen. // Proceedings of V International conference "Atmosphere, ionosphere, safety" (AIS-2016). / Ed. I.V.Karpov. - Kaliningrad, 2016. ISBN 978-5-9971-0412-2. P. 435-440.
  7. Белов С.Ю., Белова И.Н. Исследование характеристик когерентной и некогерентной обработки информации при дистанционном зондировании атмосферы и “шероховатой” земной поверхности в коротковолновом диапазоне радиоволн. // XXV Всероссийская открытая научная конференция «Распространение радиоволн», посвящённая 80-летию отечественных ионосферных исследований. РРВ-25: тр. конф., Томск, 4–9 июля 2016г. – Томск: Изд-во Томск. гос. ун-та систем упр. и радиоэлектроники, 2016. – Т. 3. – 268 с. ISBN 978-5-86889-736-8. С.94-97.
  8. Белов С.Ю. Космический мониторинг характеристик прибрежных территорий для обеспечения экологической безопасности зондированием в коротковолновом диапазоне радиоволн. // Экология. Экономика. Информатика. Азовское море, Керченский пролив и предпроливные зоны в Чёрном море: проблемы управления прибрежными территориями для обеспечения экологической безопасности и рационального природопользования: сборник материалов III Всероссийской конференции. 11-17 сентября 2016г., п.Дюрсо. – Ростов-на-Дону: Издательство Южного федерального университета, 2016. – 308 с. ISBN 978-5-9275-2055-8. С. 27-41.
  9. Belov S.Yu. The analysis of monitoring data of the parameter scattering power the earth's surface in the short-wave range of radio waves. // "Data Intensive System Analysis for Geohazard Studies", Geoinformatics research papers, Vol.4, BS4002, doi:10.2205/2016BS08Sochi, 2016. P. 2.
  10. Белов С.Ю. Программа регистрации квадратурных компонент n-кратного отражённого от земной поверхности радиосигнала. Свидетельство о регистрации права на программное обеспечение № RU.2016612172 от 19.02.2016 г.

Дистанционные методы в геологии и геофизике

302