Применение многолучевых систем в составе бортового СВЧ-радиометрического комплекса

Однолучевые радиометрические системы (РМС) с пространственным сканированием главного лепестка диаграммы направленности (ДНА) являются основным типом современных спутниковых радиометров (более 99% от числа запущенных за последние десятилетия на орбиту). Требования максимально возможной чувствительности в элементе пространственного разрешения привели к выбору в пользу использования апертурных антенн и механического способа сканирования. Получение радиометрической информации о сканируемом пространстве осуществляется методом последовательного опроса строк, возникающих при поступательном движении спутника в сочетании с периодическим движением луча относительно самого спутника. К числу режимов сканирования, реализуемых в настоящее время на практике, относятся режим "качания" луча в плоскости, поперечной вектору скорости спутника, называемый режимом "поперечного" или иногда "линейного сканирования", и, режим "конического вращения" луча с постоянным углом наклона к надирной оси аппарата. Для обеих разновидностей данной схемы характерна многоканальность, большая полоса обзора (до ~2600 км при высоте полета ~830-850 км), высокая надежность, хорошие показатели по массе, габаритам и энергопотреблению. И все это при относительно невысокой стоимости для уже отработанной технологии! Приборная радиометрическая чувствительность “поверхностных” (λ≥3см) каналов для современных однолучевых РМС оценивается величиной ~0.03-0.06К, что позволяет достигнуть при сканировании чувствительности в пространственном элементе (20-100км) порядка 0.3-0.7К. Для “атмосферных” каналов (λ≤1.6см), с учетом специфики узкополосного атмосферного профилирования, разброс увеличивается: ~0.05-0.3К для радиометрической (приборной) чувствительности и ~0.5-3.0К для чувствительности в элементе пространственного разрешения (~5-50км). Данная технология наиболее универсальна и на сегодняшний момент является самой проработанной, надежной и достаточно эффективной. Вместе с тем она имеет слишком малый ресурс для развития и близка к достижению естественных ограничений по пространственному и радиометрическому разрешению. Камнем преткновения, или образно говоря генетическим дефектом данной технологии является тот факт, что скорость сканирования луча по поверхности во много (в 400 и более!) раз превышает скорость движения следа (проекции) спутника на поверхности (~6.5км/с). Поэтому возможность накопления сигнала от элемента пространственного разрешения чрезмерно ограничена, что, в свою очередь, кладет предел попыткам достижения высокой радиометрической чувствительности при одновременном достаточно хорошем пространственном разрешении.
Как попытку преодолеть эти ограничения следует рассматривать эксперименты с многолучевыми системами. Желание существенно улучшить показатели пространственного разрешения заставило обратиться к технологии апертурного синтеза. А необходимость иметь средство измерения параметров системы “атмосфера-поверхность” с повышенной чувствительностью в элементе пространственного разрешения – вспомнить о возможностях многолучевых систем панорамного типа. Вместе с тем теоретические оценки, а также имеющийся прямой и косвенный задел в дециметровом L-диапазоне, свидетельствуют о том, что развитие и доведение подобных технологий до приемлемого уровня требует значительных финансовых и технологических усилий. При этом, как показывает анализ, из-за имеющихся особенностей конструкции, сами такие системы в принципе не смогут быть многочастотными и универсальными в той степени, как это свойственно современным “обычным” РМС со сканированием главного лепестка ДНА. Т.о. следует сначала понять есть ли, и насколько значимы, те задачи, ради решения которых необходимо развивать подобные технологии.
Выполненный нами анализ показывает, что наиболее эффективным образом использовать оригинальные возможности многолучевых систем можно рассматривая их как относительно недорогой способ улучшения показателей бортового радиометрического комплекса путем комплексирования с однолучевой многочастотной РМС традиционного типа. В докладе приводятся примеры задач подобного рода для случая зондирования поверхности океана, суши и атмосферы.
Работа поддержана грантом РФФИ 16-07-00956 А.