К вопросу о модели наклонного высотомера

Эффективными приборами для измерения высоты морского волнения являются радиолокационные и акустические высотомеры. Орбитальные радиовысотомеры измеряют высоту значительного волнения в Мировом океане, и полученная информация используется при описании волнового климата. Данные ассимилируются в численные модели волнения, например, WaveWatch III, SWAN. Эта информация необходима для корректировки процесса численного моделирования, чтобы результаты моделирования соответствовали реальному морскому волнению.
Недостаток радиовысотомеров связан с тем, что зондирование выполняется при нулевом угле падения и высота волнения восстанавливается только вдоль трека. Более информативным было бы восстановление дисперсии уклонов в широкой полосе обзора и такие проекты прорабатываются. Наиболее близким к реализации является американо-французский радиовысотомер SWOT (Surface Water Ocean Topography), который планируется вывести на орбиту в конце 2022 года. В данном случае на спутнике будет реализована бистатическая схема измерения.
Формирование полосы обзора можно осуществить за счет сканирования лучом в направлении перпендикулярном направлению полета, как это, например, сделано у дождевых радиолокаторов спутников TRMM (Tropical Rain Measurement Mission) и GPM (Global Precipitation Measurement).
Радиовысотомеры работают при надирном зондировании и для восстановления высоты значительного волнения используется теоретическая модель, описывающая форму отраженного импульса. Для наклонного зондирования модель отсутствует, что тормозит создание «наклонного» радиовысотомера.
В ходе исследования впервые получена аналитическая формула для формы отраженного импульса при наклонном зондировании. Рассматривалась схема наклонного зондирования для углов падения меньше 12°, когда механизм обратного рассеяния остается квазизеркальным и отраженный сигнал описывается в приближении метода Кирхгофа. Применение узкой диаграммы направленности антенны (~ 1°) позволит измерять высоту значительного волнения в полосе обзора с шагом в 1°.
Для радиолокатора с узкой симметричной диаграммой направленности антенны был разработан комплекс программ для моделирования отраженного сигнала и вычисления формы отраженного импульса. Было показано, что передний фронт отраженного импульса содержит информацию о высоте значительного волнения, которая может быть восстановлена. Кроме высоты значительного волнения радиовысотомеры с высокой точностью восстанавливают средний уровень водной поверхности. Однако при наклонном зондировании точность измерения среднего уровня значительно ухудшается.
Планируется продолжить численное моделирование отраженного импульса с учетом спекл-шума и получить оценки точности восстановления высоты значительного волнения для разных углов падения и ширины диаграммы направленности антенны.

Работа выполнена при поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект 20-05-00462a) и в рамках госзадания ИПФ РАН 0030-2021-0006.