Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2016. Т. 13. № 2. С. 67-83
Особенности модифицированной модели спектральных и энергетических характеристик рассеянных волн с учетом диаграмм направленности приемной и излучающей антенн при бистатическом зондировании морской поверхности
Ю.А. Титченко
1 , В.Ю. Караев
1 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 07.03.2016
DOI: 10.21046/2070-7401-2016-13-2-67-83
В работе получены формулы для сечения рассеяния, смещения и ширины доплеровского спектра сигнала, рассеянного морской поверхностью в бистатической задаче с учетом разных диаграмм направленности излучающей и приемной антенн. Формулы получены методом касательной плоскости (метод Кирхгофа) для анизотропной статистически шероховатой поверхности, без ограничений на постановку задачи, за исключением расположения приемной и излучающей антенн в зоне Фраунгофера по отношению к рассеивающей поверхности. Особенностью новых формул является их ориентированность на решение обратной задачи, т.е. возможность подбора схем измерений, в которых все параметры поверхностного волнения, влияющие на рассеяние, могут быть выражены аналитически и восстановлены. Полученные формулы применимы как к акустическому, так и к электромагнитному случаю. Приведены угловые зависимости спектральных и энергетических характеристик рассеянного морской поверхностью сигнала при разных азимутальных углах наблюдения и при разных углах падающего излучения. Рассматривается решение обратной задачи в частном случае моностатического зондирования морской поверхности с помощью двух приемо-передающих антенн с разными несимметричными диаграммами направленности.
Ключевые слова: сечение рассеяния, доплеровский спектр, рассеяние волн статистически шероховатой поверхностью, диаграмма направленности антенны, обратная задача дистанционного зондирования, метод Кирхгофа, бистатическое зондирование морской поверхности, алгоритмы восстановления параметров волнения, дисперсия наклонов, дисперсия вертикальной составляющей орбитальной скорости
Полный текстСписок литературы:
- Басс Ф.Г., Фукс И.М. Рассеяние волн на статистически шероховатой поверхности. М.: Наука, 1972. 424 с.
- Бреховских Л.М. Дифракция звуковых волн на неровной поверхности // ДАН СССР. 1951. Т. 79. № 4. С. 585–588.
- Гарнакерьян А.А., Сосунов А.С. Радиолокация морской поверхности. Ростов: Изд. Ростовского университета, 1978. 144 с.
- Зубкович С.Г. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности. М.: Советское радио, 1968. 224 с.
- Исакович М.А. Рассеяние волн от статистически-шероховатой поверхности // ЖЭТФ. 1952. Т. 23. Вып. 3 (9). С. 305–314.
- Каневский М.Б., Караев В.Ю. Спектральные характеристики радиолокационного СВЧ сигнала, отраженного морской поверхностью при малых углах падения (обратное рассеяние) // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 1996. Т. 39. №. 5. С. 517–526.
- Караев В.Ю., Баландина Г.Н., Ангелов М.К. Об особенностях описания волнения применительно к решению задач дистанционного зондирования морской поверхности, Препринт ИПФ РАН, 1998. № 470. 32 с.
- Караев В.Ю., Баландина Г.Н. Модифицированный спектр волнения и дистанционное зондирование // Исследование Земли из космоса. 2000. № 5. С. 1–12.
- Линник Ю.В., Островский И.В. Разложения случайных величин и векторов. М.: Наука, 1972. 482 с.
- Мешков Е.М., Караев В.Ю. Определение параметров морского волнения по доплеровскому спектру радиолокационного СВЧ сигнала, отраженного водной поверхностью // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2004. Т. 47. №. 3. С. 231–244.
- Рытов С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И. Введение в статистическую радиофизику. Ч.2: Случайные поля. Изд. 2, перераб. и доп. М.: Наука, 1978. 464 с.
- Титченко Ю.А., Караев В.Ю. Метод определения параметров морского волнения с помощью модифицированного акустического волнографа // Известия высших учебных заведений. Радиофизика. 2012. Т. 55. №. 8. С. 544–554.
- Cox C., Munk W. Slopes of the sea surface deduced from photographs of sun glitter // Bull. Scripps Inst. Oceanogr. 1956. Vol. 6. Р. 401–488.
- Elfouhaily T., Chapron B., Katsaros K., Vandemark D. A unified directional spectrum for long and short wind-driven waves // J. Geophys. Res. 1997. Vol. 102. P. 15781–15796.
- Elfouhaily T., Guérin C. A critical survey of approximate scattering wave theories from random rough surfaces .// Waves in Random Media, 2004. Vol. 14. Iss. 4. P. 1–40.
- Fois F. Enhanced Ocean Scatterometry: PhD Thesis, 2015.
- Karaev V.Yu., Kanevsky M.B., Balandina G.N., Cotton P.D., Challenor P.G., Gommenginger C.P., Srokosz M.A. On the problem of the near ocean surface wind speed retrieval by radar altimeter: a two-parameter algorithm // International Journal of Remote Sensing. 2002. Vol. 23. No. 16. P. 3263–3283.
- Kudryavtsev V., Hauser D., Gaudal G., Charpon B. A semiempirical model of the normalized radar cross-section of the sea surface- 1. Background model // J. Geophys. Res. 2003. Vol. 108. No. С3. P. 8054.
- Lemaire D. Non-Fully Developed Sea state Characteristics from Real Aperture Radar Remote Sensing: PhD Thesis, 1998.
- Titchenko Yu., Karaev V., Meshkov E., Zuikova E. Measuring the variance of the vertical orbital velocity component by an acoustic wave gauge with a single transceiver antenna // Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on. 2015. Vol. 53. No. 8. P. 4340–4347.
- Valenzuela G.R. Theories for the interaction of electromagnetic and oceanic waves - a review // Boundary-Layer Meteorology, 1978. Vol. 13. P. 61–85.
- Voronovich A. G., Zavorotny V. U. Ocean-scattered polarized bistatic radar signals modeled with small-slope approximation // Proceedings of IGARSS’12, 2012. P. 3415–3418.
- Winebrenner D. P., Hasselmann K. Specular Point Scattering Contribution to the Mean Synthetic Aperture Radar Image of the Ocean Surface // Journal of Geophysical Research. 1988. Vol. 93. No. C8. P. 9281–9294.
- Zavorotny V.U., Voronovich A.G. Scattering of GPS Signals from the Ocean with Wind Remote Sensing Application // Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on. 2000. Vol. 38. No. 2. P. 951–964.
- Zhang B., Perrie W., Vachon P.W., Li X., Pichel W.G., Jie G., He Y. Ocean Vector Winds Retrieval From C-Band Fully Polarimetric SAR Measurements // Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on. 2012. Vol. 50. No. 11. P. 4252–4261.