Поиск
Найти:
Подписка/отписка
на рассылку новостей
ISSN 2070-7401 (Print), ISSN 2411-0280 (Online)
Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса
физические основы, методы и технологии мониторинга окружающей среды, потенциально опасных явлений
и объектов

  

Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 6. С. 221-234

Доплеровский спектр радиолокационного сигнала, отражённого морской поверхностью при малых углах падения

В.Ю. Караев 1 , Ю.А. Титченко 1 , Е.М. Мешков 1 , М.А. Панфилова 1 , М.С. Рябкова 1 
1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 15.10.2019
DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-6-221-234
Спектральные и энергетические характеристики отражённого радиолокационного сигнала содержат информацию о параметрах рассеивающей поверхности. В настоящее время при обработке радиолокационных данных основным информационным параметром является сечение обратного рассеяния, которое определяется геометрией подстилающей поверхности. Информация о движении морской поверхности содержится в доплеровском спектре отражённого радиолокационного сигнала. В данной работе рассмотрены свойства доплеровского спектра при малых углах падения, когда доминирующим является квазизеркальный механизм обратного рассеяния. Построены зависимости ширины и смещения доплеровского спектра от скорости и направления ветра, угла падения. Показано, что даже для одномодового ветрового волнения существует неоднозначная связь скорости ветра и параметров доплеровского спектра, которая приводит к неоднозначности при решении обратной задачи. Численные оценки показали, что диаграмма направленности антенны оказывает сильное влияние на ширину и смещение доплеровского спектра и этот эффект может быть использован для создания более простых схем измерения и разработки новых алгоритмов, что особенно актуально для орбитальных радиолокаторов.
Ключевые слова: ширина и смещение доплеровского спектра, метод Кирхгофа, двухмасштабная модель рассеивающей поверхности, малые углы падения, ветровое волнение, диаграмма направленности антенны
Полный текст

Список литературы:

  1. Басс Ф., Фукс И. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука, 1972. 424 с.
  2. Гарнакерьян А. А., Сосунов А. С. Радиолокация морской поверхности. Ростов н/Д: Изд-во Ростов­ского ун-та, 1978. 144 с.
  3. Зубкович С. Г. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности. М.: Советское радио, 1968. 224 c.
  4. Каневский М., Караев В. Спектральные характеристики радиолокационного СВЧ-сигнала, отражённого морской поверхностью при малых углах падения // Изв. высших учеб. заведений. Сер. «Радиофизика». 1996. Т. 39. № 5. С. 517–525.
  5. Караев В., Баландина Г. Модифицированный спектр волнения и дистанционное зондирование // Исслед. Земли из космоса. 2000. № 5. С. 1–12.
  6. Караев В., Каневский М. Восстановление параметров поверхностного волнения по результатам радиолокационных измерений // Исслед. Земли из космоса. 2008. № 1. C. 44–55.
  7. Караев В., Панфилова М., Баландина Г., Чу С. Восстановление дисперсии наклонов крупномасштабных волн по радиолокационным измерениям в СВЧ-диапазоне // Исслед. Земли из космоса. 2012. № 4. С. 62–77.
  8. Розенберг А., Островский И., Калмыков А. Сдвиг частоты при рассеянии радиоизлучения взволнованной поверхностью моря // Изв. высших учеб. заведений. Сер. «Радиофизика». 1966. Т. 9. № 2. C. 234–240.
  9. Anderson C., Bonekamp H., Figa J., Wilson J., de Smet A ., Duff C., Stoffelen A., Verhoef A., Portabella M., Verspeek J. Metop-A ASCAT Commissioning Quality Report / EUMETSAT OSI SAF SS3; EUMETSAT ASCAT Commissioning Team. 2009. 61 p.
  10. Ardhuin F. The SKIM Mission: a Pathfinder for Doppler Oceanography from Space // Doppler Oceanography from Space: Proc. Workshop. Brest, France. 10–12 Oct. 2018. 47 p. URL: https://dofs.sciencesconf.org/data/pages/Ardhuin.pdf (accessed 14.10.2019).
  11. Bass F., Fuks I., Kalmykov A., Ostrovsky I., Rosenberg A. Very high frequency radiowave scattering by a disturbed sea surface // IEEE Trans. Antennas Propagation. 1968. V. 16. No. 5. P. 554–568.
  12. Chu Х., He Y., Karaev V., Chen G. Relationships between Ku-band radar backscatter and integrated wind and waves parameters at low incidence angles // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2012. V. 50. No. 11. P. 4599–4609. DOI: 10.1109/TGRS.2012.2191560.
  13. Cox С., Munk W. Measurement of the Roughness of the Sea Surface from Photographs of the Sun’s Glitter // J. Optical Society of America. 1954. V. 44. No. 11. P. 838–850.
  14. Danilytchev M., Kutuza B., Nikolaev A. The Application of Sea Wave Slope Distribution Empirical Dependencies in Estimation of Interaction Between Microwave Radiation and Rough Sea Surface // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2009. V. 47. No. 2. P. 652–661. DOI: 10.1109/TGRS.2008.2004410.
  15. Freilich M. H., Vanhoff B. A. The relation between winds, surface roughness, and radar backscatter at low incidence angles from TRMM Precipitation Radar measurements // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 2003. V. 20. No. 4. P. 549–562.
  16. Gohil B. S., Sarkar A., Agarwal V. A New Algorithm for Wind-Vector Retrieval From Scatterometers // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2008. V. 5. No. 3. P. 387–391. DOI: 10.1109/LGRS.2008.917129.
  17. Gommenginger C., Сhapron B., Martin A., Marquez J., Brownsword C., Buck C. SEASTAR: a new mission concept for high-resolution imaging of ocean surface current and wind vectors from space // Doppler Oceanography from Space: Proc. Workshop. Brest, France. 10–12 Oct. 2018. 22 p. URL: https://dofs.sciencesconf.org/data/pages/Gommenginger.pdf (accessed 14.10.2019).
  18. Karaev V., Kanevsky M., Meshkov E. The effect of sea surface slicks on the Doppler spectrum width of a backscattered microwave signal // Sensors. 2008. V. 8. P. 3780–3801.
  19. Nekrasov A., Khachaturian A., Abramov E., Popov D., Markelov O., Obukhovets V., Veremyev V., Bogachev V. Optimization of the airborne antenna geometry for the ocean surface scatterometric measurements // Remote Sensing. 2018. V. 10. No. 10. P. 1–23. URL: http://www.mdpi.com/2072-4292/10/10/1501.
  20. Pidgeon V. The Doppler dependence of radar sea-return // J. Geophysical Research. 1968. V. 73. No. 4. P. 1333–1341.
  21. Rodriguez E., Wineteer A., Perkovic-Martin D. DopplerScatt Results: What we have learned and implications for a Winds and Currents Mission // Doppler Oceanography from Space Proc. Workshop. Brest, France. 10–12 Oct. 2018. 40 p. URL: https://dofs.sciencesconf.org/data/pages/Rodriguez.pdf.
  22. Stoffelen A., Aaboe S., Calvet J.-Ch., Cotton J., De Chiara G., Saldana J. F., Mouche A., Portabella M., Scipal K., Wagner W. Scientific Developments and the EPS-SG Scatterometer // IEEE J. Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing. 2017. V. 10. No. 5. P. 2086–2097. DOI: 10.1109/JSTARS.2017.2696424.
  23. Valenzuela G. Theories for interaction of electromagnetic and oceanic waves: A review // Boundary Layer Meteorology. 1978. V. 13. P. 61–86.
  24. Valenzuela G., Laing M. Study of Doppler spectra of radar sea echo // J. Geophysical Research. 1970. V. 75. No. 3. P. 551–563.
  25. Wentz F. J. A Simplified Wind Vector Algorithm for Satellite Scatterometers // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 1991. V. 8. No. 5. P. 697–704.
  26. Wentz F., Smith D. A model function for the ocean-normalized radar cross-section at 14 GHz derived from NSCAT observations // J. Geophysical Research. 1999. V. 104. No. C5. P. 11499–11514.
  27. Wentz F. J., Peteheryh S., Thomas L. A model function for ocean radar cross-sections at 14.6 GHz // J. Geophysical Research. 1984. V. 89. P. 3689–3704.
  28. Wentz D., Dong X., Yun R., Xu X. Recent advances in developing the CFOSAT Scatterometer // Proc. IGARSS’16. Beijing, China. 2016. P. 5801–5803. DOI: 10.1109/IGARSS.2016.7730515.