Исследование рассеяния микроволнового излучения на обрушающихся волнах с использованием оптических методов

Настоящая работа связана с исследованием влияния обрушений на рассеянный радиолокационный сигнал в рамках лабораторного эксперимента с привлечением оптических методов анализа состояния водной поверхности.
Эксперименты были проведены на ветро-волновом канале Большого Термостратифицированного бассейна ИПФ РАН. В начале канала был установлен волнопродуктор, работающий в импульсном режиме и генерирующий цуг из трех длинных волн каждые 15 секунд. Непосредственно перед исследуемой областью под водой была установлена наклонная пластина, имитирующая мелководье и обеспечивающая обрушение волн в зоне оптических и радиолокационных измерений. Параллельно происходила генерация ветровых волн. В связи с конструкционными особенностями экспериментальной установки, расстояние от начала канала и до области измерений в случае оптических измерений составляло 884 см, а для радиолокационных – 781 см.
Радиолокационные измерения производились с использованием доплеровского скаттерометра, работающего на длине волны 3.2 см, с возможностью одновременного приема двух прямых и двух перекрестных поляризаций (VV, HH, VH, HV). Размеры облучаемой водной поверхности менялись в зависимости от выбранных углов зондирования (30, 40, 50 градусов). Оптические измерения производились независимо от радиолокационных с помощью камеры с частотой съемки 50 Гц. С помощью специально разработанного алгоритма, детектирующего область обрушений на основе пороговой обработки яркости изображения, были вычислены временные зависимости доли обрушений от всей площади облучаемой водной поверхности при прохождении цуга из трех волн. Ввиду различной конфигурации постановки экспериментов, данные радиолокационных и оптических измерений разнесены во времени, их синхронизация была выполнена с помощью корреляционного анализа. Сопоставление мощности рассеянного сигнала и доли обрушений на водной поверхности позволило обнаружить, что на перекрестной поляризации мощность принятого сигнала монотонно возрастает вместе с ростом доли обрушений, в то время как на прямой поляризации изменение мощности остается в пределах значений, наблюдаемых при обрушениях обычных ветровых волн. Дальнейшее сопоставление значений сечения рассеяния водной поверхности и доли обрушений позволит определить влияние обрушений на формирование рассеянного сигнала
Результаты получены с использованием оборудования Уникальной научной установки «Комплекс крупномасштабных геофизических стендов» ИПФ РАН (http://www.ckp-rf.ru/usu/77738/). Измерения проведены при поддержке Гранта Президента МК-2336.2022.1.5. Методика обработки радиолокационных сигналов разработана в рамках выполнения проекта РНФ № 21-17-00214.