Введение к работе
Актуальность темы. Впечатляющие успехи радиолокационной океанографии двух последних десятилетий наглядно иллюстрируются множеством панорам радиоизображения океана, полученных из космоса. Космический радиолокатор "видит" поверхность океана в любое время суток и при любой погоде.
Однако набор способов и методик извлечения физической информации из данных радиолокационного зондирования в настоящее время далеко не во всем соответствует высоким техническим возможностям современных радиолокационных средств.
Сейчас ясно, что одной лишь энергетической характеристики (сечения обратного рассеяния), интенсивно изучавшейся на протяжении многих лет, явно недостаточно для решения задач исследования и мониторинга Мирового океана. И потому на первый план выступает задача исследования и использования гораздо более информативной характеристики рассеянного сигнала - его доплеровского спектра.
Целями диссертационной работы являются разработка модели доплеровского спектра СВЧ сигнала, рассеянного взволнованной водной поверхностью, в широком диапазоне углов падения и развитие на этой основе методик и алгоритмов определения параметров состояния поверхности океана.
На защиту выносятся следующие положения:
1. На основе брэгговского приближения теории рассеяния электромагнитного поля на статистически неровной поверхности построена модель доплеровского спектра ра-
диолокационного СВЧ сигнала, отраженного морской по
верхностью, в области средних (20 - 75 градусов) углов
падения с учетом модуляции отраженного поля наклонами
крупномасштабного волнения и гидродинамической моду
ляций^
2. На основе приближения Кирхгофа теории рассеяния
электромагнитного поля на статистически неровной по
верхности построена модель доплеровского. спектра в обла
ет малых (0—15 грпттугпл) угпгт падения с. учетом движе-
ния носителя и конечной ширины диаграммы направленно
сти антенны. Показано, что на плоскости "ширина - смеще
ние" доплеровского спектра разделяются различные типы
волнения и можно определить тип и направление распро
странения энергонесущего волнения, а для доминирующей
системы волнения измеряются характерная длина волны и
высота значительного волнения.
Показано, что использование "ножевой" диаграммы направленности антенны (узкой и широкой в двух взаимно перпендикулярных плоскостях) позволяет измерить дисперсию наклонов крупномасштабных волн и определить на правление их распространения. Разработаны новые ме тоды и алгоритмы, расширяющие число характеристик вол нения, контролируемых дистанционными радиолокацион ными методами.
3. Предложена объясняющая эксперимент модифициро
ванная теория брэгговского рассеяния в переходной (10
25 градусов) области углов падения. Построена модель до
плеровского спектра, учитывающая квазизеркальную и бр
эгговскую компоненты отраженного поля. Теоретическ:
предсказан и экспериментально подтвержден эффект pea
кого изменения параметров доплеровского спектра при пс
явлєнріи на морской поверхности слика (участка с выгла
женным мелкомасштабным волнением).
4. Разработан новый двухпараметрический алгоритм определения скорости ветра по измерениям радиолокационного альтиметра. Показано, что удается существенно снизить ошибку восстановления скорости приповерхностного ветра по сравнению с традиционными однопараметриче-скими алгоритмами за счет использования при обработке высоты значительного волнения и сечения обратного рассеяния, измеряемых радиоальтиметром независимо.
Новизна работы. Новизна положения 1 состоит в учете влияния на характеристики доплеровского спектра модуляции интенсивности отраженного поля энергонесущим волнением и в использовании для расчетов современной модели спектра волнения. Все остальные результаты являются полностью новыми.
Научная значимость работы определяется построением пригодной в широком диапазоне углов падения модели доплеровского спектра — ключевой характеристики в проблеме взаимодействия электромагнитного поля и взволнованной водной поверхности.
Практическая ценность состоит в разработке на основе этой модели методов радиолокационной диагностики поверхности океана.
Исследования, составившие основу диссертации, выполнялись в соответствии с научными планами ИПФ РАН и проводились по темам :
Разработка перспективных радиофизических методов исследования ветрового волнения и механизмов его изменчивости (грант Российского Фонда Фундаментальных Исследований, N 93-02-15892);
Разработка универсальной модели доплеровского спектра электромагнитного СВЧ поля, рассеянного морской по-
верхностью (грант РФФИ, N 96-02-17501);
Развитие радиолокационных дистанционных методов измерения параметров, характеризующих состояние океанской поверхности (грант РФФИ, N 97-05-64030);
Разработка алгоритма определения скорости приповерхностного ветра по данным радиоальтиметрических измерений над поверхностью океана (грант Международного Цен-тра - Фонд Перспективных Исследований в Нижнем Пивги--роде 97-2-03).
Апробация работы. Результаты, вошедшие в диссертацию, получены автором в период с 1990 по 1997 год. Они докладывались на Всесоюзной школе - "Дистанционные радиофизические методы исследования природной среды", г.Барнаул (1991г.), на XI Всероссийском симпозиуме "Радиолокационное исследование природных сред", С.Петербург (1993), на XXVII конференции по "Распространению радиоволн", Ульяновск (1993), на XVII всероссийской конференции по "Распространению радиоволн", г.Санкт-Петербург (1996), а также на международных конференциях XXIVth General Assembly of the International Union of Radio Science, Kyoto, JAPAN (1993), Sixth International Symposium "Physical measurements and signatures in remote sensing", VALD'ISERE, France (1994), Progress in Electromagnetic Research Symposium (PIERS'94), Noordijk, The Netherlands (1994), International Conference on Mathematical Methods in Electromagnetic Theory (MMET'94), Kharkov, Ukraine (1994), International conference "Operational oceanography and satellite observation", Biarritz, France (1995), International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS'96, Lincoln Nebraska, USA (1996), Vlth International conference "Mathematical Methods in
Electromagnetic Theory (MMET'96), Lviv, Ukraine (1996), Progress in Electromagnetic Research Symposium, Hong Kong (1997), International Geoscience and Remote Sensing Symposium IGARSS'97, Singapore (1997)
Публикации. Основные результаты отражены в 19 печатных научных работах (см. Список работ).
Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из Введения, четырех глав, Заключения и Списка литературы. Объем диссертации составляет 170 страниц, включая список литературы из 122 наименований и 55 рисунков.
