Сравнение доплеровских спектров сигналов в Ka-, Ku- и L- диапазонах, отраженных морским льдом и поверхностным волнением, полученных в результате полуэмпирического моделирования

Проблема непрерывного и глобального контроля площади, занимаемой ледяным покровом, становится особенно актуальной. Традиционно инструментами, предоставляющими большую часть информации о площади ледяного покрова, являются микроволновые радиометры и скаттерометры с разрешением порядка 25 км. Радары с синтезированной апертурой антенны и спутниковые радиовысотомеры обладают более высоким разрешением, но имеют ограничения по площади покрытия и частоте повторных измерений.
В настоящее время бистатическое дистанционное зондирование развивается особенно активно. Важным преимуществом бистатических методов является относительная простота необходимого для зондирования оборудования. Для организации бистатической схемы измерений требуется только приемник сигналов, а в качестве излучателей используются существующие излучатели, например, сигналы широковещательных передатчиков или глобальных навигационных спутниковых систем. Прием сигнала необходимо организовать в квазизеркальной области отражения, чтобы обеспечить достаточный уровень отраженного сигнала для приема на орбите. Важным преимуществом квазизеркальной области отражения является возможность описания отраженного водной поверхностью сигнала в приближении Кирхгофа (приближение касательной плоскости).
В данной работе используется подход моделирования доплеровского спектра (ДС) сигналов в Ka-, Ku- и L- диапазонах отраженных в бистатической постановке задачи на основе экспериментально измеренных для соответствующего диапазона диаграмм рассеяния (ДР) водной поверхности и ледяного покрова (Караев и др., 2022; Ковалдов и др., 2024). В моностатическом случае ДР вводится как нормированная мощность сигнала, отраженная в обратном направлении при падении излучения под углом который считается от вертикали. При бистатической схеме измерений, когда приемник находится в области квазизеркального отражения, ДР показывает распределение нормированной мощности отраженного сигнала от угла отклонения от вертикали нормали к поверхности в точке отражения. ДР отражающей поверхности, может быть измерена, а затем использована для моделирования как в моностатической, так и в бистатической постановке задачи.
С помощью моделирования выполнено сравнение ширины и коэффициента эксцесса (КЭ) ДС для Ka-, Ku- и L- диапазонов длин волн при отражении от поверхностного волнения и морского льда в зависимости от геометрии измерений (от угла скольжения оси антенны приемника), скорости приемника и ширины диаграммы направленности (ДН) антенны приемника. В результате сравнения показано, что для определения типа подстилающей поверхности (лед или вода) во всех диапазонах длин волн необходимо использовать приемную антенну с широкой ДН на подвижном носителе. Так же показано, что для L-диапазона при слабом волнении ширина ДС может совпадать для воды и ледяного покрова. При этом КЭ будет существенно различаться для воды и льда при тех же условиях.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-77-10064, https://rscf.ru/project/23-77-10064/.