Влияние поляризаций приемной и излучающей антенн на форму доплеровского спектра отраженного излучения в бистатической постановке задачи на примере зондирования морской поверхности

При моделировании отражения электромагнитного излучения морской поверхностью или морским льдом возникает вопрос об эффективном коэффициенте отражения (ЭФКО) [1, 2]. В моностатической постановке задачи при малых углах падения ЭФКО был измерен для морской поверхности в Ku-диапазоне [3]. Были проведены исследования и получены оценки диэлектрической проницаемости ледяного покрова по измерениям ЭФКО при бистатических измерениях [4].
В области квазизеркального отражения ЭФКО вводится вместо коэффициента отражения Френеля (КО), чтобы учесть влияние мелкомасштабной шероховатости (с длинами волн шероховатостей меньше длины волны излучения) на характеристики отраженного излучения. Аналогичный подход необходимо использовать и для случая бистатического зондирования.
Однако задача вычисления ЭФКО для бистатического зондирования намного сложнее, чем в случае обратного рассеяния. Это связано с тем, что необходимо учитывать дополнительные параметры: углы падения и отражения. ЭФКО или КО определяется поляризациями приемной и излучающей антенн, углом скольжения падающего излучения и комплексной диэлектрической проницаемостью отражающей поверхности. Для вычисления ЭФКО предлагается использовать доплеровский спектр отраженного сигнала.
В моностатической постановке задачи при квазизеркальном отражении даже при использовании широкой диаграммы направленности (ДН) антенны доплеровский спектр (ДС) отраженного излучения определяется одинаковым ЭФКО или КО на всех частотах (углах падения). Угол падения/отражения всегда близок к 0.
В бистатической постановке задачи ситуация осложняется тем, что для каждой частоты будет разный ЭФКО или КО. Это связано с тем, что каждая частота доплеровского спектра бистатически отраженного излучения связана с разными углами падения и отражения. Поэтому для моделирования ДС в бистатической постановке задачи необходимо учитывать изменение ЭФКО во всем диапазоне углов, заданном ДН приемной и излучающей антенн, и эта зависимость может искажать форму ДС. С другой стороны, возникает возможность восстановления зависимости ЭФКО сразу во всем диапазоне углов, участвующем в отражении и формировании ДС.
В данной работе проведен анализ формы ДС отраженного сигнала в бистатической постановке задачи в зависимости от угла скольжения падающего излучения для различных поляризаций приемной и излучающей антенн. Для примера, без потери общности рассуждений, рассматривается отражение от морской поверхности в L-диапазоне и для вычислений используется КО. Рассматриваются разные комбинации линейных вертикальной и горизонтальной поляризаций, а также круговых левой и правой поляризаций. В работе анализируется ширина, асимметрия и эксцесс ДС. Оценивается влияние других факторов на искажение формы ДС: ДН антенны и диаграммы рассеяния отражающей поверхности. В результате показано, что зависимость КО от угла зондирования необходимо учитывать при моделировании, а также при использовании измерений ДС отраженного излучения в бистатической постановке задачи, например, при восстановлении диаграммы рассеяния [5].
Следующим шагом для вычисления ЭФКО станет сравнение ДС, вычисленного с использованием КО, с измеренным ДС, который зависит от ЭФКО. Это позволит вычислить ЭФКО для морской поверхности.
Исследование выполнено за счет гранта Российского научного фонда № 23-77-10064, https://rscf.ru/project/23-77-10064/.