Полуэмпирическая модель обратного рассеяния электромагнитного излучения при малых углах падения и задача восстановления дисперсии уклонов морской поверхности

При построении теоретической модели обратного рассеяния в области средних углов падения было введено понятие модуляционной передаточной функции (МПФ), которая позволяет объяснить наблюдаемую в экспериментах азимутальную зависимость сечения обратного рассеяния. С точки зрения физики модуляция мощности отраженного радиолокационного сигнала обусловлена двумя эффектами: 1) модуляция уклонами длинных волн и 2) неравномерность распределения резонансной ряби вдоль профиля длинной волны.
В первом случае на мощность отраженного сигнала оказывают влияние длинные волны, которые изменяют локальный угол падения электромагнитного излучения на морскую поверхность (модуляция уклонами). Сечение обратного рассеяния пропорционально спектральной плотности резонансной ряби, которая неравномерно распределена по профилю длинной волны, что приводит к эффекту «гидродинамической модуляции». В совокупности оба эффекта позволяют объяснить, почему сечения обратного рассеяния при зондировании по ветру и против ветра различаются.
Последние исследования показали, что в области квазизеркального рассеяния (0-12 градусов) при углах падения больше 6 градусов в азимутальной зависимости сечения обратного рассеяния проявляется аналогичный эффект: сечение обратного рассеяния при зондировании навстречу ветру больше, чем при измерении по ветру [1].
В данной работе обсуждается новая полуэмпирическая модель рассеяния электромагнитного излучения морской поверхностью для малых углов падения. В отличие от традиционного подхода для описания зависимости дисперсии уклонов крупномасштабного, по сравнению с длиной волны радиолокатора, волнения от азимутального угла применяется особая модельная функция. В результате используемая азимутальная зависимость дисперсии уклонов крупномасштабного волнения отражает тот факт, что дисперсии уклонов по и против направления ветра отличаются. Это приводит к несимметричности азимутальной зависимости сечения обратного рассеяния, что наблюдается в экспериментах [1].
Для проверки, сделанных при построении полуэмпирической модели рассеяния предположений, было проведено численное моделирование азимутальной зависимости сечения обратного рассеяния и решена обратная задача: восстановление азимутальной зависимости дисперсии уклонов крупномасштабного волнения по азимутальной зависимости сечения обратного рассеяния. Полученные результаты подтвердили предположение, что с точки зрения теории решение обратной задачи является однозначным. Разработанный метод обработки данных будет использован при анализе данных спектрометра SWIM, который выполняет измерения сечения обратного рассеяния под разными азимутальными углами.

Работа выполнена при поддержке Российского Научного Фонда (проект 20-17-00179).

1. Hossan, A.; Jones,W.L. Kuand, Ka-Band Ocean Surface Radar Backscatter Model Functions at Low-Incidence Angles Using Full-Swath GPM DPR Data // Remote Sensing. 2021. V. 13. N 1569. https://doi.org/10.3390/rs13081569