Семнадцатая Всероссийская Открытая конференция «СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА (Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений и объектов)»
XVII.E.382
Экспериментальное исследование доплеровского спектра сигнала, отраженного взволнованной водной поверхностью при малых углах падения в присутствии постоянного течения
Рябкова М.С. (1), Панфилова М. А. (1), Караев В.Ю. (1), Титченко Ю.А. (1), Мешков Е.М. (1), Зуйкова Э.М. (1)
(1) Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Серия экспериментов проведена в июне-сентябре 2019 года с моста через р. Ока в г. Нижний Новгород. Локатор Ка-диапазона (длина волны 9.7 мм) с симметричной антенной (6°x6°) был использован для измерения допплеровского спектра сигнала, отраженного взволнованной водной поверхностью. В ходе эксперимента изменялся угол падения излучения (от 0 до 30 градусов) и азимутальный угол между направлением волнения и направлением зондирования. В ряде экспериментов также производились синхронные измерения состояния волнения с использованием локатора Ка-диапазона (длина волны 7.9 мм) с ножевой антенной (30°x1°), установленного перпендикулярно мосту, с антенной, ориентированной в надир. Анемометр WindSonic измерял скорость ветра, волнение записывалось на камеру. Для восстановления двумерного спектра волнения по видеозаписи, использован алгоритм, описанный в [1]. Метод обработки доплеровского спектра описан в [2].
Ранее были измерены зависимости доплеровских спектров от угла падения и азимутального угла в условиях одномодового волнения на море [2]. В работе [3] было показано, что измеренные экспериментальные зависимости согласуются с моделью доплеровского спектра, полученной в [4, 5] в приближении Кирхгофа.
В данной работе было исследовано, как меняется доплеровский спектр отраженного водной поверхностью сигнала при углах падения от 0 до 30 градусов при малых разгонах и в присутствии постоянного течения. Смещение доплеровского спектра сильно зависит от азимутального угла между направлением волнения и направлением зондирования. Этот эффект позволяет определять направление распространения волнения по измерению смещения ДС [3]. Ширина доплеровского спектра меньше зависит от азимутального угла. Это согласуется как с предыдущими экспериментами, так и с модельными расчетами. Модель доплеровского спектра [4,5] описывает доплеровский спектр в квазизеркальном приближении, то есть в случае проведения измерений при малых углах падения. При увеличении углов падения значительным становится вклад брегговской компоненты, что искажает доплеровский спектр и для его описания необходимо учитывать обе компоненты рассеяния (зеркальную и резонансную).
Исследование выполнено за счет грантов Российского фонда фундаментальных исследований (проект № 18-35-20057 мол_а_вед, проект 17-05-00939 А).
Ключевые слова: натурный эксперимент, обработка данных, ветровое волнение, доплеровский радиолокатор, Ka-диапазон, двумерный спектр поверхностного волнения, Доплеровский спектр, преобразование волнения на течении
Литература:
- М. Б. Салин, О. А. Потапов, Б. М. Салин, А. С. Чащин “Измерение характеристик обратного рассеяния звука на взволнованной поверхности в прожекторной зоне фазированной антенной решетки” // Акустический журнал, 2016, том 62, № 1, с. 70–86
- M. S. Ryabkova, V. Y. Karaev, Y. A. Titchenko, and E. M. Meshkov, “Experimental study of the microwave radar Doppler spectrum backscattered from the sea surface at low incidence angles” // 2017 XXXIInd General Assembly and Scientific Symposium of the International Union of Radio Science (URSI GASS), Montreal, QC, Canada, 2017, pp. 1-4, doi: 10.23919/URSIGASS.2017.8105008
- M. Panfilova, M. Ryabkova, Y. Titchenko, and V. Karaev, “Retrieving of significant wave height and period from the Doppler spectrum of backscattered microwave signal // 12th European Conference on Antennas and Propagation, 9-13 April 2018, London, UK, proceedings, pp 1-3. doi: 10.1049/cp.2018.1084
- 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. ‒ T. 13, № 2. ‒ C. 67-84.
- Мешков Е. М., Караев В. Ю. Определение параметров морского волнения по доплеровскому спектру радиолокационного СВЧ сигнала, отраженного водной поверхностью // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2004. T. 47, № 3. C. 231-244.
Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов
326