Теоретическая модель для формы отраженного импульса наклонного высотомера

Дистанционное зондирование это эффективный метод получения глобальной информации о состоянии морской поверхности. Орбитальные радиовысотомеры измеряют высоту значительного волнения в Мировом океане, и информация используется при описании волнового климата. Данные ассимилируются в численные модели волнения, например, WaveWatch III, SWAN. Это необходимо делать, чтобы результаты численного моделирования не расходились с реальным волнением.
Недостаток данных радиовысотомеров связан с тем, что зондирование выполняется при нулевом угле падения и высота волнения восстанавливается только вдоль трека. Расстояние между соседними треками превышает 100 км, а регулярность повторения трека обычно составляет около 10 суток.
Более информативным было бы восстановление высоты значительного волнения в широкой полосе обзора и такие проекты прорабатываются, в частности, использующие бистатическую схему измерения.
Радиолокатор с синтезированной апертурой выполняет измерение в полосе обзора с хорошим пространственным измерением, и разработанные алгоритмы позволяют определять высоту волнения. Однако такие измерения не являются регулярными и охватывают незначительную часть Мирового океана.
Полоса обзора может быть сформирована за счет сканирования лучом в направлении перпендикулярном направлению полета, как это реализовано 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 теоретическая модель отсутствует, что тормозит разработку «наклонного» радиовысотомера.
При сканировании в области малых углов падения (< 12˚) механизм обратного рассеяния остается квазизеркальным и для описания отраженного сигнала применяется метод Кирхгофа. В ходе исследования впервые была получена аналитическая формула для формы отраженного импульса при наклонном зондировании. Численные оценки выполнены для двух случаев: самолета (высота 10000 м) и спутника (высота 1000 км). Показано, что изменение длительности импульса в достаточно широких пределах не влияет на форму отраженного импульса. Применение узкой диаграммы направленности антенны (< 0,5°) позволяет измерять высоту значительного волнения в полосе обзора с шагом в 1°.
Использование ножевой диаграммы направленности антенны, ориентированной в направлении перпендикулярном направлению полета, делает невозможным определение высоты значительного волнения, однако позволяет измерять дисперсию уклонов крупномасштабного, по сравнению с длиной волны радиолокатора, волнения.
Таким образом, применение в радиолокаторе двух антенн с разными диаграммами направленности антенны позволит измерять оба параметра: высоту значительного волнения и дисперсию уклонов крупномасштабного волнения в полосе обзора радиовысотомера.
Работа выполнена в рамках госзадания ИПФ РАН (FFUF-2021-0006)