Особенности измерения высоты значительного волнения радиолокатором с ножевой диаграммой направленности антенны

Космические радиоальтиметры были разработаны для обеспечение непрерывного мониторинга уровня Мирового океана. Первым успешным проектом стал Topex/Poseidon, с помощью которого была получена уникальная информация о временной и региональной изменчивости уровня Мирового океана. Ему на смену пришли радиоальтиметры следующего поколения: Jason и Envisat. Высокая точность измерений позволяет решать множество прикладных задач, например, измерять скорость течений.
Кроме того, радиоальтиметр способен измерять высоту значительного волнения и определять скорость приповерхностного ветра.
Для обеспечения высокой точности измерений применяется радиолокатор с узкой диаграммой направленности антенны при нулевом угле падения, и размер рассеивающей площадки составляет всего 4-8 км в зависимости от интенсивности волнения. Таким образом, информация о высоте значительного волнения доступна только вдоль траектории полета. Учитывая, что расстояние между треками более 100 км и период повтора около 10 суток, то информация о волнении является слишком фрагментарной.
В данной работе рассматривается концепция панорамного радиолокатора, способного восстанавливать высоту значительного волнения в широкой полосе обзора и с высоким пространственным разрешением.
Был проведен теоретический анализ обратного рассеяния при малых углах падения и исследованы возможности применения доплеровской селекции для достижения необходимого разрешения. В новом радиолокаторе используется ножевая диаграмма направленности антенны, что обеспечивает широкую полосу обзора даже при малых углах падения. С помощью доплеровской селекции происходит разбиение всей рассеивающей площадки на элементарные ячейки заданного размера и для каждой ячейки происходит запись формы отраженного импульса. Форма отраженного импульса, полученного с помощью доплеровской селекции, будет подобна форме отраженного импульса традиционного радиоальтиметра, использующего селекцию по дальности. В результате для восстановления высоты значительного волнения можно использовать существующие алгоритмы.
Было проведено численное моделирование, которое подтвердило теоретические выводы и работоспособность алгоритмов восстановления высоты значительного волнения. Ширина полосы обзора нового радиолокатора существенно больше расстояния между соседними треками, что обеспечит измерение поверхности океана без пропусков.

Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проекты 10-05-00181-а, 11-05-97014-р-п-а) и программы ОФН РАН «Радиофизика».