Полуэмпирическая модель доплеровского спектра радиолокационного сигнала СВЧ-диапазона, отраженного ледяным покровом

При отражении электромагнитного излучения от подстилающей поверхности происходит изменение спектральных и энергетических характеристик. При зондировании морской поверхности доплеровский спектр отраженного сигнала содержит информацию о движение поверхности, которая может быть восстановлена при последующей обработке. Для ледяного покрова понятие доплеровский спектр появляется только в случае измерений с движущегося носителя.
Для морской поверхности существуют модели спектра волнения, которые позволяют получить аналитические формулы для доплеровского спектра. Для ледяного покрова такой подход не работает, т.к. отсутствует достоверное спектральное описание.
Для построения модели доплеровского спектра при движении радиолокатора над ледяным покровом использовался оригинальный подход, опирающийся на известные экспериментальные данные. В данном исследовании рассматривается обратное рассеяние при углах падения меньше 19 градусов и в этом диапазоне углов падения выполняет измерения двухчастотный дождевой радиолокатор (Dual-frequency Precipitation Radar), установленный на спутнике GPM (Global Precipitation Measurement) Японского космического агентства. Обработка данных позволила получить эмпирические зависимости сечения обратного рассеяния от угла падения в Ku диапазоне для ледяного покрова и морской поверхности.
Впервые построена полуэмпирическая модель доплеровского спектра радиолокационного СВЧ-сигнала, отраженного ледяным покровом, для радиолокатора с широкой диаграммой направленности, установленного на движущемся носителе, при малых углах падения зондирующего излучения (0˚ - 19˚). Для оценки эффективности предложенного подхода к построению модели доплеровского спектра, в рамках тех же предположений была разработана полуэмпирическая модель доплеровского спектра для морской поверхности. Сравнение с известной аналитической моделью доплеровского спектра подтвердило корректность предложенного подхода.
В ходе исследования было рассмотрено несколько конфигураций антенной системы и показано, что для повышения точности алгоритма необходимо использовать антенну с широкой или ножевой (по углу падения) диаграммой направленности. Вычисления подтвердили предположение, что при измерении с движущегося носителя доплеровский спектр является надежным индикатором перехода от одного типа рассеивающей поверхности к другой, и в качестве критериев можно использовать смещение и ширину доплеровского спектра, а также коэффициенты асимметрии и эксцесса для формы доплеровского спектра.

Работа выполнена при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (проект 20-05-00462-а).