Эмпирическая модель радиолокационного рассеяния от морской поверхности при малых углах скольжения

Радиолокационные (РЛ) съемки морской поверхности при малых углах скольжения, характерные при использовании РЛ станций, установленных на морских платформах или судах, широко используются для решения прикладных задач. К таким задачам, относятся, например, определение параметров поверхностного волнения, вектора скорости поверхностных течений и приповерхностного ветра.
Особенность рассеяния РЛ сигнала от моря при малых углах скольжения заключается в том, доля брегговской компоненты в этом случае мала, а основной вклад в эффективную площадь рассеяния (ЭПР) вносит небрегговская компонента, связанная с отражениями от нелинейных особенностей обрушающихся ветровых волн. Несмотря на все успехи по РЛ исследованию морской поверхности, физика формирования рассеянного радиолокационного сигнала при малых углах скольжения изучена недостаточна. Для использования РЛ информации в практических целях и унификации данных измерений, получаемых при малых углах скольжения, необходимо построение геофизической модельной функции, аналогичной, например, CMOD5 для C-диапазона или NSCAT для Ku-диапазона.
Целью работы являлось проведение натурных исследований, и последующий анализ РЛ данных для построения эмпирической модели, описывающей зависимость УЭПР морской поверхности от скорости ветра при различных азимутах наблюдения.
Для изучения особенностей формирования РЛ сигнала в 2015 году были проведены эксперименты на Стационарной океанографической платформе в Голубом заливе, пгт Кацивели, Крым. В ходе работ использовался макет 3-х сантиметрового радиолокатора кругового обзора с горизонтальной поляризацией излучения/приема сигнала. Углы наблюдения морской поверхности составляли 6 град – 1 град.
Определение шумовых характеристик аппаратуры осуществлялось по записям РЛ сигнала в штилевых условиях при полном отсутствии РЛ отражений от моря. При последующей обработке радиолокационных данных, уровень шума вычитался из исходных значений сигнала. Далее, РЛ сигнал пересчитывался в значения удельной УЭПР морской поверхности по калибровочной зависимости, полученной по РЛ отражениям от уголкового отражателя.
В результате обработки данных получена эмпирическая зависимость УЭПР морской поверхности от скорости ветра при различных азимутах наблюдения. Показано, что значения коэффициентов практически не зависят от угла наблюдения.
В результате проведенного анализа получено, что зависимости УЭПР от скорости ветра в направлениях "на ветер", "перпендикулярно ветру" и "по ветру” хорошо описываются степенной зависимостью, но если в первых двух случаях показатель степени равен ~2.8, то в направлении "по ветру” он составляет 3.8. Выполненный анализ показал, что при слабых и умеренных ветрах индикатрисы рассеяния имеют один максимум при измерениях «на ветер» и минимум - «по ветру». При сильных ветрах в азимутальной зависимости УЭПР появляется второй максимум при азимуте 180 градусов. Полученные в ходе эксперимента результаты показывают, что отношение сигналов “на ветер/перпендикулярно ветру” слабо зависит от скорости ветра. В то же время значения “на ветер/по ветру” с усилением ветра существенно снижаются.

Приводимые в работе натурные данные были получены при экспериментальных исследованиях, выполненных в рамках работы по государственному заданию на 2015-2017 гг. по теме № 0827-2014-0010. Обработка данных, построение эмпирической модели УЭПР моря при малых углах скольжения и анализ радиолокационных зависимостей, полученных при различных условиях наблюдений, выполнены за счет гранта Российского научного фонда (проект № 15-17-20020).