Измерение дисперсии наклонов в натурных условиях подводным акустическим волнографом

В работе представлены результаты обработки данных, полученных в ходе эксперимента на стационарной морской платформе вблизи поселка Кацивели (Черное море) в 2015 году. Впервые экспериментально подтверждена работоспособность нового метода измерения дисперсий наклонов и других параметров поверхностного волнения, влияющих на отражение ультразвуковых волн. Метод основан на анализе спектральных и энергетических характеристик отраженных акустических волн при подводном наблюдении поверхностного волнения при условии, что доминирующим является квазизеркальный механизм рассеяния [1, 2]. В частности, при обратном рассеянии это малые углы падения (< 12-15 градусов). Особенностью данного метода является одновременное использование нескольких антенн с разными диаграммами направленности. Схема измерений реализована в подводном доплеровском акустическом волнографе, изготовленном в ИПФ РАН. Акустический волнограф представляет собой доплеровский гидролокатор с широкой диаграммой направленности антенны, работающий в непрерывном режиме (длина волны 8 мм). Приемная часть волнографа состоит из трех антенн с разными диаграммами направленности: две ножевые антенны, ориентированные перпендикулярно друг другу и одна антенна с симметричной диаграммой направленности антенны. Для контроля эффективности нового метода в экспериментах использовался струнный волнограф, который является стандартным прибором для измерений поверхностного волнения. Обработка данных подтвердила работоспособность разработанных алгоритмов восстановления параметров волнения.
Применение акустического волнографа в качестве дополнительного подводного блока морского буя позволит проводить валидацию и верификацию существующих спутниковых алгоритмов восстановления дисперсии наклонов [3] и позволит создавать перспективные спутниковые системы, позволяющие измерять все параметры поверхностного волнения, влияющие на отражение электромагнитных волн. Новая информация значительно повысит достоверность описания волнового климата. Кроме того, подводный акустический волнограф может стать самостоятельным измерительным прибором использующимся для непрерывного мониторинга параметров поверхностного волнения в замерзающих водоемах или в условиях Арктики.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 15-45-02501 р_поволжье_а) и Фонда поддержки научно-проектной деятельности студентов, аспирантов и молодых ученых «Национальное интеллектуальное развитие» в рамках научного проекта № 16-35-80022 «мол_эв_а».

Литература
1. Титченко Ю. А., Караев В. Ю. Особенности теоретической модели спектральных и энергетических характеристик рассеянных волн с учетом диаграмм направленности приемной и излучающей антенн при зондировании морской поверхности // Современные проблемы дистанционного зондирования земли из космоса. 2016. Т. 13. С. 67-84.
2. Караев В. Ю., Каневский М. Б., Мешков Е. М. Измерение параметров поверхностного волнения подводными акустическими системами: обсуждение концепции прибора // Известия ВУЗов, сер. Радиофизика. 2010. Т. 53. С. 634-645.
3. Karaev V. Y., Panfilova M. A., Titchenko Y. A., Meshkov E. M., Balandina G. N. Remote sensing of the sea waves by the dual-frequency precipitation radar: First results // 2015 IEEE Radio and Antenna Days of the Indian Ocean, RADIO 2015, Belle Mare; Mauritius, 2015.