Развитие активных и пассивных радиолокационных методов изучения океанических явлений

• Автор: Переслегин, Сергей Владимирович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2000
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 86 с. : ил.; 20х15 см

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы
Интересы России как морской державы диктуют необходимость развития отечественного аэрокосмического мониторинга океана, и в первую очередь - омывающих ее территорию морей. Научные и прикладные задачи мониторинга океана объединяются понятием дистанционного зондирования океана (ДЗО) как части общей задачи дистанционного зондирования Земли (ДЗЗ). Радиофизические дистанционные средства, применяемые для изучения открытого океана, лежат в основе исследований полей поверхностного слоя: температуры, шероховатости, скорости течений и вариаций среднего уровня.
Анализ программ ДЗЗ, осуществляемых в последние 20 лет в различных странах, выявляет ярко выраженную тенденцию: количество приборов ДЗЗ, работающих в СВЧ-диапазоне электромагнитного спектра, все это время возрастало по отношению к количеству приборов, работающих в видимом и ИК-диапазонах. Эта тенденция обусловлена возможностью получения информации о состоянии поверхности Земли в любое время суток и практически в любых метеоусловиях)д.тв1сЖе. особыми свойствами собственного и отраженного поверхностью излучения в СВЧ-диапазоне. В этом смысле поверхность океана, являясь в определенных масштабах статистически однородной (что позволяет ее описывать неизмеримо более простыми моделями, чем поверхность суши), с точки зрения океанологических измерительных задач предоставляет много возможностей для разработок специализированных (т.е. оптимизированных под ковжретную задачу) аппаратурных методов и средств ДЗО. Эту же мысль можно сформулировать и следующим образом: решение обратных задач по восстановлению параметров океанской поверхности представляется на сегодняшний день более обеспеченным пс сравнению с аналогичными задачами для сушя.
Модельное описание свойств поверхности океана, подкрепленное лабораторными и натурными измерениями (в том числе и радиофизическими), качалось задолго до появления современных аэрокосмических измерительных средств. Из капитальных отечественных работ этого плайа необходимо отметить труды Шулейкияа (1968), Китайгородского (1970), Басса Фукса (1972), Розенберга н Лейкина (1975), Загородннкова (1978), Мони-. Чрасицкого (1985), Шутко (1986), Федорова н Гинзбург (1988), В раз-отечественной космической океанология особенно велики заслуги
. ова (Институт океанологии нм. П.П.Ширшова РАН), Башаринова
(Институт радиотехники и электроники РАН) и Калмыкова (Институт радиофизики и электроники У АН).
Вторая очевидная тенденция развили методов и средств ДЭЗ заключается в постоянном росте доли космических средств, обеспечивающих глобальный обзор поверхности Земли, или, как минимум, возможность наблюдения заданного района в заданное время. Применительно к океану это особенно важный фактор, ибо применение самолетных средств здесь может быть затруднительным или неэффективным, а судовые измерения (особенно специальные) чрезвычайно дороги. Вместе с тем очевидно, что .нобые дистанционные измерения являются косвенными. Это означает, что измерительные методы и космические средства ДЗО еще на этапе их разработок должны сверяться с уже опробованными судовыми средствами (контактными Или акустическими). Что же касается средств ДЗО, работающих в СВЧ- диапазоне электромагнитных волн, то они (в отличие от средств видимого диапазона), способны измерять параметры лишь тонкого слоя у поверхности, так что глубинные явления проявляются через ПОЛЯ этого тонкого слоя.
В России начало изучению океана из космоса путем использования собственного СВЧ-излучения океанской поверхности было положено при запуске спутника «Космос-243», который был оснащен четырехволновым наднрным СВЧ-радиометром (Башаривов, Гурвич, Егоров, 1974). В последующие годы происходило развитие этого рода космических средств: вводилось пространственное сканирование и раздельный прием поляризационных составляющих излучения. На сегодняшний день наиболее совершенными н продуктивными являются СВЧ-радиометры комплекса «Природа», установленного на специальном модуле космической станции (КС) «Мир» (Арманд, Кутуза, Тищенко, 1995) и на американском спутнике ЭМБР (комплекс ББМ], Айэйоше е( а1,1990). Наиболее важные по нашему мнению результаты получены на ЗБКО. Они относятся к глобальному мониторингу поля приводного ветра н по своей точности (-2 м/с в диапазоне 2-15 м/с) конкурируют с радиолокационными (СВЧ-скаггерометр). Что же касается измерений поля температуры поверхности океана (ТПО), то подтвержденная точность глобальных космических измерений (при помощи всех имеющихся средств) составляет -2К, что совершенно недостаточно с точки зрения океанологических задач.
Использование отраженного СВЧ-излучения в измерительных задачах ДЗО началось при запуске американской КС БК^ПАВ, когда был испытан океанский радиовысотомер (1974) и продолжилось при запуске КА 5ЕА8АТ-А (Ш8), где помимо радиовысотомера были установлены панорамный радиолокатор высокого разрешения с синтезированной апертурой (РСА) н панорамный СВЧ-скаттерометр, определяющий скорость и направление приводного ветра. Несмотря на малый срок безаварийной рабоспектров, полученных при разных скоростях судна, совершенно нерационально.
Рис.3.6. Типовые доплеровские радиолокационные спектры, полученные с движущегося судна при исключении амплитудных флуктуаций. Угол визирования 0=27°, азимутальный угол уг=45° :
а) схема эксперимента: Ус- скорость судна, IV- скорость ветра, е- направление ветра.
б) И/=5м/с, е=24°, Ус=4,8узла; в) 1¥=6,5м/с, е=165°, Ус-15,4узла;
г) У=8м/с, е=45°, Ус=11 узлов', д) ШЫм/с, зыбь высотой 0,5м (£=24°), ус=10 узлов.