Расчёт радиолокационных отражений от шероховатой поверхности с экспоненциальной корреляцией

Предложен вычислительный метод моделирования отражений радиолокационных сигналов (включая ЛЧМ-сигналы и системы с синтезированной апертурой) от статистически шероховатых поверхностей с экспоненциальной корреляционной функцией высот рельефа. Показано, что прямое использование данной модели в приближении Кирхгофа сопряжено со значительными вычислительными трудностями. Для их преодоления разработана гибридная методика, основанная на аппроксимации экспоненциальной корреляционной функции суммой гауссовых слагаемых. Это позволяет выразить ключевые интегралы, описывающие рассеяние, в замкнутой аналитической форме и существенно снизить вычислительные затраты.
Найдены оптимальные параметры аппроксимации (коэффициенты и масштабные множители) для сумм, содержащих от 1 до 6 гауссовых слагаемых. С использованием предложенной модели рассчитаны сечения обратного рассеяния рельефной поверхности. Результаты продемонстрировали хорошее согласование с асимптотическим законом Хагфорса в широком диапазоне углов падения, что подтверждает корректность подхода. Область применимости аппроксимаций определяется минимальным пространственным масштабом в сумме Гауссовых функций.
Методика применена для моделирования отражений ЛЧМ-сигналов от шероховатой поверхности в системе с синтезом апертуры. Показана эффективность подхода при характерных для орбитального радиозондирования параметрах: больших расстояниях до цели, умеренной шероховатости (k₀h ≤ 10) и широких полосах частот (β ~ 0.1). Расчеты интенсивности отраженного сигнала выявили связь временной задержки с углами рассеяния и пространственным спектром рельефа. Предложенный подход обеспечивает гибкость и может быть адаптирован для поверхностей с иными корреляционными свойствами, а также для анализа отражений ограниченных пучков и корреляционных функций интенсивности [1].
Работа выполнена с использованием оборудования Центра коллективного пользования сверхвысокопроизводительными вычислительными ресурсами МГУ имени М.В. Ломоносова [2]. Исследование выполнено в рамках государственного задания МГУ имени М.В. Ломоносова.