Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2017. Т. 14. № 1. С. 80-87
Влияние длительности зондирующего импульса лидара космического базирования на форму импульса, отраженного от морской поверхности
А.С. Запевалов
1 , Н.Е. Лебедев
1 1 Морской гидрофизический институт РАН, Севастополь, Россия
Одобрена к печати: 12.01.2017
DOI: 10.21046/2070-7401-2017-14-1-80-87
Анализируются возможности и ограничения определения дисперсии уклонов морской поверхности путем импульсного лазерного зондирования с космических аппаратов. В настоящее время расчеты характеристик морской поверхности при лазерном зондировании со спутников проводятся на основе моделей, построенных для анализа сигналов оптических сканеров космического базирования. Рассмотрено влияние длительности зондирующего импульса на точность определения дисперсии уклонов в рамках линейной модели поля поверхностных волн, где высота точек зеркального отражения на морской поверхности распределена по закону Гаусса. Показана зависимость амплитуды регистрируемого лидаром сигнала от длительности зондирующего импульса. Этот эффект вызван тем, что в случае короткого импульса часть точек зеркального отражения, расположенных на разной высоте, может располагаться вне области, освещаемой этим импульсом, а также тем, что сигнал от расположенных на разной высоте точек зеркального отражения приходит в разные интервалы времени. Показано, что для измерения дисперсии уклонов морской поверхности с ошибкой ≤ 5% необходимо, чтобы длительность зондирующего импульса в два раза превышала время прохождения им расстояния, равного значимой высоте морских волн.
Ключевые слова: дистанционное зондирование, лидар, морская поверхность, уклоны
Полный текстСписок литературы:
- Большаков А.Н., Бурдюгов В.М., Гродский С.А., Кудрявцев В.Н. Определение спектра энергонесущих поверхностных волн по изображению солнечного блика // Исследование Земли из космоса. 1988. № 5. С. 11–18.
- Кузнецов C., Сапрыкина Я. Экспериментальные исследования возникновения волн-убийц при эволюции узкого спектра крутых волн // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2012. Т. 5. № 1. С. 52–63.
- Пустовойтенко В.В., Запевалов А.С. Оперативная океанография: современное состояние, перспективы и проблемы спутниковой альтиметрии. Севастополь: НПЦ «ЭКОСИ-Гидрофизика», 2012. 218 с.
- Bréon F.M, Henriot N. Spaceborne observations of ocean glint reflectance and modeling of wave slope distributions // J. Geoph. Res. 2006. Vol. 111. No. C6. C06005.
- Brown G.S. The average impulse response of a rough surface and its applications // IEEE Trans. Antennas Propagat. 1977. Vol. AP-25. Issue 1. P. 67–74.
- Chand D., Anderson T.L., Wood R., Charlson R.J., Hu Y., Liu Z., Vaughan M. Quantifying above-cloud aerosol using spaceborne lidar for improved understanding of cloudy-sky direct climate forcing // J. of Geophysical Research. 2008. Vol. 113. D13206.
- Cox C., Munk W. Measurement of the roughness of the sea surface from photographs of the Sun’s glitter // J. Opt. Soc. Am. 1954. Vol. 14. P. 838–850.
- Ginneken B., Stavridi M., Koenderink J. Diffuse and Specular Reflectance from Rough Surface // Appl. Optics. 1998. Vol. 37. P. 130–139.
- Gómez-Enri J., Gommenginger C.P., Srokosz M.A., Challenor P.G. Measuring global ocean wave skewness by retracking RA-2 Envisat waveforms // J. of Atmospheric and Oceanic Technology. 2007. Vol. 24. P. 1102–1116.
- Hayne G.S. Radar altimeter mean return waveforms from near-normal-incidence ocean surface scattering // IEEE Transactions on Antennas and Propagation. 1980. Vol. AP-28. P. 687–692.
- Hu Y., Stamnes K., Vaughan M., Pelon J., Weimer C., Wu D., Cisewski M., Sun W., Yang P., Lin B., Omar A., Flittner D., Hostetler C., Trepte C., Winker D., Gibson G., Santa-Maria M. Sea surface wind speed estimation from space-based lidar measurements. // Atmos. Chem. Phys. 2008. Vol. 8. P. 3593–3601.
- Pokazeev K.V., Zapevalov A.S., Pustovoytenko V.V. The simulation of a radar altimeter return waveform // Moscow University Physics Bulletin. September 2013. Vol. 68. No. 5. P. 420–425.
- Zapevalov A.S., Bol’shakov A.N., Smolov V.E. Simulating of the probability density of sea surface elevations using the Gram–Charlier series // Oceanology. 2011. Vol. 51. No. 3. P. 406–413.
- Zapevalov A.S., Lebedev N.E. Simulation of statistical characteristics of sea surface during remote optical sensing // Atmospheric and Oceanic Optics. 2014. Vol. 27. Issue 6, P. 487–492.
- Zapevalov A.S. Effect of skewness and kurtosis of sea-surface elevations on the accuracy of altimetry surface level measurements // Izvestiya. Atmospheric and Oceanic Physics. 2012. Vol. 48. No. 2. P. 200–206.