Определение характеристик ветрового волнения по данным когерентного радиолокационного зондирования под малыми углами скольжения

Определение статистических параметров ветрового волнения с помощью дистанционных радиолокационных средств является наиболее перспективным методом диагностики поверхности моря. Хорошо известны работы, посвященные использованию данных некогерентного радиолокационного зондирования для определения частоты и волнового числа энергонесущего волнения, а также высоты значимой волны. Это возможно при соблюдении условия, что период и длина энергонесущего волнения превышает элемент разрешения измерительной системы (по времени и по пространству соответственно). Однако алгоритм определения высоты волнения нуждается в калибровке по данным контактных измерений, обычно это данные океанографических буёв, вех или волнографов, донных станций. Данная особенность накладывает ограничения на использования алгоритма в условиях, где калибровка невозможна.
Дополнительную информацию о морской поверхности можно получить, используя когерентное радиолокационное зондирование, где наряду с амплитудными характеристиками рассеяния доступны и фазовые. Изменение фазы со временем определяет доплеровский сдвиг частоты, который связан со скоростью рассеивающих элементов морской поверхности. Доплеровский сдвиг частоты находит своё объяснение в рамках двухмасштабной модели рассеяния радиоволн взволнованной водной поверхностью. Из теоретических представлений модуляция скорости рассеивателей определяется орбитальной скоростью длинной волны, которая связана с её амплитудой. Таким образом, может быть восстановлен спектр возвышений крупномасштабного морского волнения. Целью настоящей работы является проверка возможности определения спектральных характеристик морского волнения по данным когерентного радиолокационного зондирования под малыми углами скольжения.
Для решения поставленных в настоящей статье задач был проведён натурный эксперимент на стационарной океанографической платформе МГИ РАН в п. Кацивели. В качестве источника радиолокационных данных использовалась когерентная радиолокационная станция X диапазона работающая на горизонтальной поляризации. Данная РЛС производства ОАО Микран г. Томск работала в режиме непрерывного линейного частономодулированного (ЛЧМ) излучения с полосой частоты модуляции 191,2 МГц и мощностью 1Вт. Высота установки РЛС 16 м, диапазон углов зондирования от 40 до 89 градусов. Разрешение по дальности составляло 0,79 м, по азимуту по азимуту 1 градус. Принимаемый сигнал биений (разность между отраженным и излученным ЛЧМ сигналом) подвергался преобразованию Фурье, в результате чего получался вектор, состоящий из амплитуда и фазы отраженного РЛ сигнала на дальностях до 3 км с шагом 0,79 м. При работе РЛС в режиме бокового обзора получается последовательный набор векторов с временным интервалом между ними 3,5 мс, при фиксированном положении азимутального угла антенны. Зафиксировав дальность r=r0, и применив преобразование Фурье к N элементам вектора были получены доплеровские спектры отраженного радиолокационного сигнала на дальности r0. Находя центр масс доплеровских спектров в зависимости от времени и применяя преобразование Фурье к данному временному ряду, получается спектр орбитальных скоростей длинной волны, который связан со спектром возвышений.
Работа выполнена при поддержке проектов РФФИ №16-05-01092 и №15-05-07726.