Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2023. Т. 20. № 3. С. 49-58
Импульсный гидролокатор, предназначенный для восстановления параметров водной поверхности. Часть 1: Теоретические модели
К.А. Понур
1 , Ю.А. Титченко
1 , В.Ю. Караев
1 , М.С. Рябкова
1 1 Институт прикладной физики РАН, Нижний Новгород, Россия
Одобрена к печати: 03.05.2023
DOI: 10.21046/2070-7401-2023-20-3-49-58
Несмотря на то, что эксперимент представляет собой важнейший этап научного исследования при проверке выдвинутых гипотез и разработанных моделей, возможность проведения «численных» экспериментов значительно ускоряет процесс их верификации. Ещё более востребованным становится использование численного моделирования на этапе разработки, изготовления и тестирования нового прибора. Численный эксперимент позволяет оценить достоверность используемых теоретических моделей, точность алгоритмов обработки, определить оптимальную схему проведения измерений и в данном случае — параметры гидролокатора. Для получения новой информации о поверхностном волнении предлагается использовать многочастотный подводный акустический волнограф, и оценку его эффективности можно получить с помощью численного моделирования (численного эксперимента). Для описания формы отражённого импульса использовались две аналитические модели: модель Брауна и модель Караева. Впервые проведённое сравнение моделей продемонстрировало их различие для гидролокатора с широкой диаграммой направленности антенны. Существенная разница в поведении заднего фронта отражённого импульса связана с тем, что в модель Брауна не входит дисперсия уклонов рассеивающей поверхности. Впервые показано влияние длины волны излучения на форму отражённого импульса, что позволит использовать многочастотные системы для измерения интенсивности коротковолновой части спектра волнения.
Ключевые слова: квазизеркальное рассеяние, приближение Кирхгофа, рассеяние волн статистически шероховатой поверхностью, форма отражённого импульса, гидролокатор, высота значительного волнения, дисперсия уклонов крупномасштабного по сравнению с длиной акустической волны волнения, алгоритмы обработки
Полный текстСписок литературы:
- Баскаков А. И., Комаров А. А., Михайлов М. С. Методические погрешности высокоточного радиовысотомера при работе над морской поверхностью на малых высотах // Изв. вузов. Радиофизика. 2017. Т. 60. № 6. С. 521–529.
- Басс Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: Наука, 1972. 424 с.
- Исакович М. А. Рассеяние волн от статистически шероховатой поверхности // Журн. эксперим. и теорет. физики. 1952. Т. 23. № 3. С. 305–314.
- Караев В. Ю., Мешков Е. М., Титченко Ю. А. Подводный акустический высотомер // Изв. вузов. Радиофизика. 2014. Т. 57. № 7. С. 543–554.
- Рябкова М. С., Титченко Ю. А., Караев В. Ю., Мешков Е. М., Беляев Р. В., Яблоков А. А., Понур К. А., Баранов В. И., Очередник В. В. Определение высоты значительного волнения по анализу формы отраженного акустического импульса: измерения акустического волнографа в Черном море и сравнение с ADCP // Материалы 18-й Всерос. открытой конф. «Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса». 16–20 нояб. 2020, Москва. 2020. C. 242. https://doi.org/10.21046/18DZZconf-2020a.
- Рябкова М. С., Титченко Ю. А., Караев В. Ю., Мешков Е. М., Беляев Р. В., Яблоков А. А., Баранов В. И., Очередник В. В. Измерение статистических характеристик морской поверхности с помощью подводного акустического волнографа в Чёрном море и сравнение с ADCP // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2021. Т. 18. № 2. С. 189–294. https://doi.org/10.21046/2070-7401-2021-18-2-189-204.
- Amarouche L., Thibaut P., Zanife O. Z., Dumont J.-P., Vincent P., Steunou N. Improving the Jason-1 ground retracking to better account for attitude effects // Marine Geodesy. 2004. V. 27. P. 171–197. https://doi.org/10.1080/01490410490465210.
- Barric D. E. Rough surface scattering based on the specular point theory // IEEE Trans. AP-16. 1968. V. 16. No. 4. P. 449–554. https://doi.org/10.1109/TAP.1968.1139220.
- Baskakov A. I., Komarov A. A., Ruban A. V., Ka M-H. Limiting Accuracy of Height Measurement for a Precision Radar Altimeter in a Low Altitude Flying Vehicle above the Sea Surface // Remote Sensing. 2021. V. 13(14). Art. No. 2660. https://doi.org/10.3390/rs13142660.
- Brown G. The average impulse response of a rough surface and its applications // IEEE J. Oceanic Engineering. 1977. V. 2. No. 1. P. 67–74. https://doi.org/10.1109/JOE.1977.1145328.
- Chelton D. B., Walsh E. J., MacArthur J. L. Pulse compression and sea level tracking in satellite altimetry // J. Atmospheric and Oceanic Technology. 1989. V. 6. P. 407–438. https://doi.org/10.1175/1520-0426(1989)006<0407:PCASLT>2.0.CO;2.
- Dally W. R., Osiecki D. A. Comparison of Deep-water ADCP and NDBC Buoy Measurements to Hindcast Parameters // Proc. Intern. Workshop on Wave Hindcasting and Forecasting. 2004. 12 p.
- Handbook of Automated Data Quality Control Checks and Procedures. NDBC Technical Document 09-02. NDBC, 2009. 78 p. https://www.ndbc.noaa.gov/NDBCHandbookofAutomatedDataQualityControl2009.pdf.
- Kouraev A. V., Crétaux J. F., Lebedev S. A., Kostianoy A. G., Ginzburg A. I., Sheremet N. A., Mamedov R., Zakharova E. A., Roblou L., Lyard F., Calmant S., Bergé-Nguyen M. Satellite Altimetry Applications in the Caspian Sea // Coastal Altimetry / eds. Vignudelli S., Kostianoy A., Cipollini P., Benveniste J. Berlin: Springer, 2011. P. 331–366. https://doi.org/10.1007/978-3-642-12796-0_13.
- Satellite Altimetry and Earth Sciences: A handbook of Techniques and Applications / eds. Fu L. L., Cazenave A. L.; San Diego: Academic Press, 2001. 464 p.
- Strong B., Brumley B., Terray E., Stone G. The performance of ADCP-derived directional wave spectra and comparison with other independent measurements // Proc. OCEANS 2000 MTS/IEEE Conf. and Exhibition. 11–14 Sept. 2000. Providence, RI, USA, 2000. P. 1195–1203. DOI: 13.1109/OCEANS.2000.881763.
- Thibaut P., Poisson J. C., Bronner E., Picot N. Relative Performance of the MLE3 and MLE4 Retracking Algorithms on Jason-2 Altimeter Waveforms // Marine Geodesy. 2010. V. 33. P. 317–335. https://doi.org/10.1080/01490419.2010.491033.