Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 5. С. 213-227
Доплеровский спектр радиолокационного СВЧ-сигнала обратного рассеяния: эксперимент на реке
М.С. Рябкова
1 , В.Ю. Караев
1 , М.А. Панфилова
1 , Ю.А. Титченко
1 , Е.М. Мешков
1 , Э.М. Зуйкова
1 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 14.09.2020
DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-5-213-227
Проведены измерения доплеровского спектра отражённого радиолокационного сигнала при углах падения меньше 30° в случае стационарного речного течения. Для описания доплеровского спектра помимо традиционно используемых ширины и смещения применялись коэффициенты асимметрии и эксцесса, а также ширина доплеровского спектра, вычисляемая через 4-й и 2-й центральные моменты. Обработка данных показала, что в отличие от морского волнения коэффициент эксцесса максимален при малых углах падения и уменьшается при увеличении угла падения. Были построены зависимости ширины и смещения доплеровского спектра, сечения обратного рассеяния, коэффициентов асимметрии и эксцесса от угла падения и направления зондирования (азимутального угла). Для вычисления доплеровского спектра отражённого сигнала по теоретической модели необходима информация о статистических характеристиках волнения, которые находились по спектру волнения. Поверхностное волнение моделировалось с учётом скорости и направления течения. Выполненное сравнение модельных оценок и результатов эксперимента показало, что учёт течения в спектре волнения позволяет существенно улучшить совпадение теории и эксперимента. Наблюдаемое занижение смещения модельного доплеровского спектра по сравнению с экспериментом при направлении зондирования навстречу волнению требует дальнейших исследований.
Ключевые слова: скорость и направление течения, ширина и смещение доплеровского спектра, метод Кирхгофа, малые углы падения, развивающееся ветровое волнение, коэффициенты асимметрии и эксцесса
Полный текстСписок литературы:
- Караев В. Ю., Рябкова М. С., Панфилова М. А., Титченко Ю. А., Мешков Е. М. (2019а) К вопросу об обратном рассеянии электромагнитных волн СВЧ-диапазона морской поверхностью при углах падения меньше 20 градусов // Материалы Семнадцатой Всероссийской открытой конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 11–15 нояб. 2019. М.: ИКИ РАН, 2019. С. 275. DOI 10.21046/17DZZconf-2019a.
- Караев В. Ю., Титченко Ю. А., Мешков Е. М., Панфилова М. А., Рябкова М. С. (2019б) Доплеровский спектр радиолокационного сигнала, отражённого морской поверхностью при малых углах падения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2019. Т. 16. № 6. С. 221–234. DOI: 10.21046/2070-7401-2019-16-6-221-234.
- Караев В. Ю., Панфилова М. А.., Рябкова М. С., Титченко Ю. А., Мешков ЕМ. Доплеровский спектр радиолокационного сигнала, отраженного морской поверхностью при малых углах падения: эксперимент // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. Т. 17. № 2. С. 149–161. DOI: 10.21046/2070-7401-2020-17-2-149-161.
- Ламли Дж., Пановский Г. Структура атмосферной турбулентности / пер. с англ. М.: Мир, 1966. 264 с.
- Рябкова М. С., Панфилова М. А., Караев В. Ю., Титченко Ю. А., Мешков Е. М., Зуйкова Э. М. Экспериментальное исследование доплеровского спектра сигнала, отраженного взволнованной водной поверхностью при малых углах падения в присутствии постоянного течения // Материалы Семнадцатой Всероссийской открытой конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 11–15 нояб. 2019. М.: ИКИ РАН, 2019. С. 326. DOI 10.21046/17DZZconf-2019a.
- Рябкова М. С., Караев В. Ю., Панфилова М. А., Титченко Ю. А., Мешков Е. М., Зуйкова Э. М. К вопросу о влиянии речного течения на доплеровский спектр отраженного радиолокационного сигнала при малых углах падения // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2020. (В печати.)
- Chu X., He Y., Karaev V. Y., 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.
- Fang H., Xie T., Perrie W., Zhao L., Yang J., He Y. Ocean Wind and Current Retrievals Based on Satellite SAR Measurements in Conjunction with Buoy and HF Radar Data // Remote Sensing. 2017. V. 9. No. 12. Art. No. 1321. 13 p. URL: https://doi.org/10.3390/rs9121321.
- Freilich M., Vanhoff B. A. The Relationship 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. URL: https://doi.org/10.1175/1520-0426(2003)20<549:TRBWSR>2.0.CO;2.
- Karaev V., Panfilova M.., Titchenko Y.., Meshkov E., Balandina G. Preliminary results of the retrieval of the mean square slopes of the large-scale sea waves by the dual-frequency precipitation radar // Proc. IEEE Intern. Geoscience and Remote Sensing Symp. Beijing, China. 2016. P. 4772–4775.
- Masuko H., Okamoto K., Shimada M., Niwa S. Measurement of Microwave backscattering signatures of the ocean surface using X band and Ka band airborne scatterometers // J. Geophysical Research. 1986. V. 91. No. C11. P. 13065–13083. URL: https://doi.org/10.1029/JC091iC11p13065.
- Panfilova M. A., Karaev V. Y., Guo J. Oil slick observation at low incidence angles in Ku-band // J. Geophysical Research: Oceans. V. 123. 2018. P. 1924–1936. URL: https://doi.org/10.1002/2017JC013377.
- Panfilova M., Ryabkova M., Karaev V., Skiba E. Retrieval of the statistical characteristics of wind waves from the width and shift of the Doppler spectrum of the backscattered microwave signal at low incidence angles // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2020. V. 20. No. 3. P. 2225–2231. DOI: 10.1109/TGRS.2019.2955546.
- Romeiser R., Breit H., Eineder M., Runge H., Flamen P. Current measurements by sar along-track interferometry from a space shuttle // IEEE Trans. Geoscience and Remote Sensing. 2005. No. 10. P. 2315–2324. DOI: 10.1109/TGRS.2005.856116.
- Ryabkova M., Karaev V. A modified wave spectrum for modeling in remote sensing problems // Proc. IGARSS. 2018. P. 3274–3277. DOI: 10.1109/IGARSS.2018.8518285.
- Ryabkova M., Karaev V., Guo J., Titchenko Yu. A review of wave spectra models as applied to the problem of radar probing of the sea surface // J. Geophysical Research: Oceans. 2019. V. 124. Iss. 10. P. 7104–7134. URL: https://doi.org/10.1029/2018JC014804.
- Toporkov J. V., Hwang P. A., Sletten M. A., Frasier S. J. Surface Velocity Profiles in a Vessel’s Turbulent Wake Observed by a Dual-Beam Along-Track Interferometric SAR // IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters. 2011. V. 8. No. 4. P. 606–606. DOI: 10.1109/LGRS.2010.2096457.