Свойства доплеровского спектра радиолокационного СВЧ-сигнала, отраженного морской поверхностью при малых углах падения

При зондировании морской поверхности спектральные и энергетические характеристики отраженного радиолокационного сигнала содержат информацию о рассеивающей поверхности и при последующей обработке параметры волнения могут быть восстановлены. Объем измеряемой информации зависит от схемы измерения и алгоритмов обработки.

Традиционно сложилось так, что основной информационной характеристикой отраженного сигнала является сечение обратного рассеяния. При средних углах падения сечение обратного рассеяния пропорционально спектральной плотности резонансной ряби, которая зависит от скорости и направления приводного ветра. В результате по измерениям сечения обратного рассеяния удается восстановить скорость и направление приводного ветра, а характеристики крупномасштабного волнения остаются неизвестными.

Доплеровский спектр отраженного сигнала при малых углах падения содержит информацию о морском волнении и может быть использован для опредения параметров волнения, однако нам неизвестны измерения доплеровского спектра в этом диапазоне углов падения.

Для исследования свойств доплеровского спектра при малых углах падения (< 20 градусов) в октябре 2016 года были проведены измерения доплеровским радиолокатором Ka-диапазона (длина волны 8,3 мм), установленным на морской гидрофизической платформе, расположенной на расстоянии 500 м от берега (вблизи п.Кацивели). Были получены зависимости спектральных и энергетических характеристик отраженного сигнала от угла падения и от угла между направлением волнения и направлением ветра.

Для описания доплеровского спектра отраженного радиолокационного сигнала обычно используются две величины: смещение и ширину доплеровского спектра. Чтобы упростить процедуры вычисления этих параметров, за смещение принимают «центр» тяжести измеренного доплеровского спектра, а удвоенное значение среднеквадратического отклонения называют шириной доплеровского спектра.

Как показала обработка данных, двух параметров недостаточно для описания формы доплеровского спектра, поэтому при обработке вычислялись эксцесс и асимметрия. При малых углах падения асимметрия и эксцесс близки к нулю и наблюдается их рост при увеличении угла падения. Это является надежным индикатором перехода от доминирования квазизеркального механизма обратного рассеяния к резонансному рассеянию и позволяет определить границы переходной области углов падения, опираясь на количественные оценки.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 17-05-00939-а).