Натурные измерения бистатических характеристик отраженного водной поверхностью излучения с помощью модифицированного радиолокатора

Для тестирования нового подхода расчета доплеровского спектра, отраженного водной поверхностью излучения [1-3] в 2019 году были проведены первые натурные измерения на мосту через реку Ока в Нижнем Новгороде. В экспериментах использовалась уникальная схема измерений с одним радиолокатором позволяющая проводить бистатические измерения. Предлагаемая схема аналогична подходу измерения матрицы бистатического рассеяния точечной цели с помощью моностатического радара [4]. Однако впервые данный подход применен для измерения доплеровского спектра отраженного водной поверхностью излучения.
За основу взят доплеровский радиолокатор Х-диапазона, разработанный в ИПФ РАН, в котором с помощью направленного ответвителя, коаксиально-волноводных переходов, СВЧ-кабеля, а так же дополнительного рупора и отражателя были организованы две отдельные приемная и излучающие антенны, свободно поворачивающиеся друг относительно друга. Излучающая антенна направлена на специальную металлическую пластину («СВЧ- зеркало») расположенную на удалении вдоль моста. Отражённое «СВЧ- зеркалом» излучение падает на водную поверхность. Затем зеркально отраженное водной поверхностью излучение принимается второй антенной располагающейся рядом с излучающей. Такая схема эквивалентна использованию в месте расположения «СВЧ-зеркала» отдельной приемной антенны, однако не требует использования двух отдельных радиолокаторов и высокостабильных генераторов.
Преимуществом бистатических измерений является возможность проведения измерений на значительном удалении от места установки радиолокатора и при этом оставаться в квазизеркальной области отражения, которая хорошо описывается в теории. Кроме того, уровень мощности принимаемого сигнала в квазизеркальной области отражения значительно превосходит область резонансного рассеяния. Развитость теоретического описания позволяет для расчета прямой задачи пользоваться выражениями в явном виде, определяющими взаимосвязь характеристик рассеяния и параметров отражающей поверхности. Такие выражения в свою очередь позволяют создавать алгоритмы решения обратной задачи по восстановлению параметров поверхностных волн, влияющих на отраженное излучение.
В результате получены измерения доплеровского спектра отраженного водной поверхностью сигнала в бистатической постановке задачи. Измерения выполнены при различных условиях формирования волнения (скорость и направление ветра), а также при различных углах падающего и принимаемого излучения (наблюдение в квазизеркальной области отражения). Сравнение натурных измерений с теоретическими расчетами подтверждает работоспособность предлагаемого подхода описания доплеровского спектра отраженного излучения в бистатической постановке задачи.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 18-35-20057 мол_а_вед).