Войти на сайт
МЕЖДУНАРОДНЫЕ ЕЖЕГОДНЫЕ КОНФЕРЕНЦИИ
"СОВРЕМЕННЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДИСТАНЦИОННОГО
ЗОНДИРОВАНИЯ ЗЕМЛИ ИЗ КОСМОСА"
(Физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, природных и антропогенных объектов)

Двенадцатая Всероссийская открытая конференция "Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса"

XII.E.161

Численное моделирование скаттерометра СКАТ-3: первые результаты

Караев В., Панфилова М., Титченко Ю., Мешков Е., Баландина Г., Кузнецов Ю., Шлаферов А.
Институт прикладной физики РАН
Основной задачей орбитального скаттерометра является восстановление поля ветра над поверхностью Мирового океана. Эта информация активно ассимилируется в метеорологические и океанологические модели, являясь основой для прогнозирования погоды и климата.
Во время полета скаттерометр выполняет измерения в широкой полосе обзора, в частности, европейский скаттеометр ASCAT имеет полосу обзора около 1000 км, а американский скаттерометр SeaWinds работал в полосе обзора 1800 км.
Первый российский скаттерометр будет размещен на океанографическом космическом аппарате Метеор-М № 3 с высотой орбиты 650 км, что существенно ниже орбиты SeaWinds (~ 800 км). По схеме измерения новый скаттерометр занимает промежуточное положение между скаттерометром SeaWinds и китайским скаттерометром RFSCAT. В отличие от SeaWinds российский скаттерометр использует не два, а один луч (веерная диаграмма направленности антенны). По сравнению с RFSCAT диаграмма направленности существенно уже: менее 6 градусов.
Тем не менее, такая схема измерений позволяет существенно уменьшить скорость вращения антенны, увеличить число наблюдений каждой ветровой ячейки и проводить измерения на двух поляризациях под одним углом падения. Это важно, например, для работы по ледяному покрову, а также для повышения точности восстановления скорости и направления ветра.
При заданной высоте орбиты космического аппарата Метеор-М № 3 обеспечить измерение в такой же полосе обзора, как у SeaWinds, можно только за счет увеличения углов падения. В этом случае мощность отраженного сигнала существенно падает, особенно на горизонтальной поляризации.
Для определения оптимальной ширины полосы обзора и оценки точности восстановления скорости и направления ветра была разработана численная модель нового скаттерометра с учетом ожидаемых характеристик будущего радиолокатора и схемы измерения. При моделировании задавались следующие параметры: радиус Земли и высота орбиты, скорость движения относительно Земли и период вращения антенны, ширина диаграммы направленности антенны и период повторения импульсов, поляризация и длина волны излучения, коэффициент усиления антенны и мощность излучения, диссипативные потери и коэффициент шума, углы падения и размер элемента разрешения по дальности, скорость и направление ветра.
Было проведено численное моделирование для двух значений полосы обзора: 1800 км и 1500 км, которое показало, что при низких скоростях ветра (< 5-6 м/с) уровень шумов, в случае выбора более широкой полосы обзора, оказывается слишком большим. Это ведет к значительным ошибкам при восстановлении скорости и направления ветра во всей полосе обзора, а также появляется много ячеек, в которых скорость ветра не может быть восстановлена при использовании стандартной процедуры обработки.
При ширине полосы обзора 1500 км углы падения меньше и отношение сигнал/шум увеличивается. В результате ошибка восстановления скорости и направления ветра во всей полосе обзора будет соответствовать требованиям технического задания.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проекты № 13-05-00852а) и программой ОФН РАН «Радиофизика».

Дистанционные исследования поверхности океана и ледяных покровов

253