Концепция нового космического радиолокатора СВЧ диапазона, предназначенного для океанографических исследований

Применение дистанционных, в частности, радиолокационных методов зондирования океана дало возможность в течение последних двадцати лет оперативно собирать информацию с обширных акваторий. Современные космические радиолокаторы позволяют осуществлять глобальный мониторинг поверхности океана путем измерения скорости и направления приповерхностного ветра, высоты волнения, колебаний уровня океана. В то же время существующие алгоритмы восстановления параметров состояния поверхности не всегда обеспечивают требуемую точность, и, кроме того, некоторые важные характеристики, представляющие интерес для метеорологов, в настоящее время вообще не могут быть измерены из космоса.
В данном сообщении обобщаются результаты проведенных в ИПФ РАН работ по развитию концепции нового космического радиолокатора СВЧ диапазона, предназначенного для решения широкого круга океанографических задач.
В ходе предварительного теоретического анализа были получены новые модели для сечения обратного рассеяния и доплеровского спектра отраженного радиолокационного сигнала, учитывающие влияние ширины диаграммы направленности антенны и скорости движения носителя радиолокатора. Численное моделирование позволило сформулировать требования к радиолокатору и схеме проведения измерений. Было впервые показано, что увеличение скорости движения носителя не приводит к потере информации о состоянии поверхности, причем по ширине доплеровского спектра может быть восстановлена дисперсия наклонов поверхности – характеристика, в настоящее время не измеряемая из космоса.
Результаты теоретического анализа, подкрепленные численным моделированием, позволили разработать концепцию радиолокатора с вращающейся антенной, обладающей ножевой диаграммой направленности и смотрящей в надир. Анализ показал, что такой радиолокатор способен собирать информацию о дисперсии наклонов поверхности, высоте и направлении распространения волнения, а также скорости приповерхностного ветра в полосе обзора шириной несколько сот километров; например, при высоте полета спутника 800 км ширина полосы обзора составляет около 300 км. Были разработаны алгоритмы обработки данных, которые первоначально были проверены на численных моделях.
Был изготовлен макет радиолокатора с ножевой диаграммой направленности антенны и проведены измерения с вертолета при полетах над Горьковским водохранилищем. Обработка экспериментальных данных подтвердила работоспособность алгоритмов восстановления характеристик волнения.
Работа поддержана программой ОФЗ РАН «Физические основы и методы диагностики динамических процессов в верхнем слое океана» и школой НШ-1244.2008.2