Электронная библиотека диссертаций и авторефератов России
dslib.net
Библиотека диссертаций
Навигация
Каталог диссертаций России
Англоязычные диссертации
Диссертации бесплатно
Предстоящие защиты
Рецензии на автореферат
Отчисления авторам
Мой кабинет
Заказы: забрать, оплатить
Мой личный счет
Мой профиль
Мой авторский профиль
Подписки на рассылки



расширенный поиск

Рассеяние радиолокационного сигнала морской поверхностью при скользящих углах зондирования Яковлев, Виталий Витальевич

Данная диссертационная работа должна поступить в библиотеки в ближайшее время
Уведомить о поступлении

Диссертация, - 480 руб., доставка 1-3 часа, с 10-19 (Московское время), кроме воскресенья

Автореферат - бесплатно, доставка 10 минут, круглосуточно, без выходных и праздников

Яковлев, Виталий Витальевич. Рассеяние радиолокационного сигнала морской поверхностью при скользящих углах зондирования : автореферат дис. ... кандидата физико-математических наук : 05.07.12.- Москва, 1995.- 17 с.: ил. РГБ ОД, 9 95-1/2938-9

Введение к работе

Актуальность темы

В настоящее время радиолокационное (РЛ) зондирование является одним из основных методов дистанционного исследования как океанических процессов, так и процессов взаимодействия океана и атмосферы. Общепризнано, что наиболее информативными из средств активного дистанционного зондирования морской поверхности (МП) являются радиолокационные станции бокового обзора (РЛСБО) авиационного и космического базирования. Получаемые с их помощью двумерные распределения РЛ-сечения обратного рассеяния позволяют наблюдать пространственные характеристики изучаемых явлений, проводить структурный, спектральный и другие виды анализа интенсивности рассеянных полей и связанных с ними процессов на поверхности океана. Исследования трансформации спектра поверхностных волн на мелководье и градиентных течениях, определение областей разгона длинных гравитационных волн, изучение структуры внутренних волн в океане (ВВО) на протяженных участках МП от источника генерации до области разрушения, выявление пространственных характеристик конвективных процессов в атмосфере и т.д. не представляются возможными без привлечения аэрокосмических средств дистанционного зондирования. В настоящее время происходит переход от качественной интерпретации наблюдаемых явлений к количественному анализу степени их воздействия на поверхность океана и, соответственно, на глубину модуляции обратно рассеянного РЛ-сигнала. Тот факт, что диэлектрические свойства МП практически однородны, существенно облегчает анализ радиолокационных изображений (РЛИ) и позволяет связать интенсивность обратно рассеянного сигнала с геометрической шероховатостью поверхности океана.

РЛ-образ морской поверхности зависит от диапазона, поляризации и угла падения электромагнитной волны, что объясняется преобладанием тех или иных механизмов формирования обратно рассеянного РЛ-сигнала. Большинство широко известных радпогидрофпзических экспериментов, таких как MARINELAND, MARSEN, JOWIP, SARSEX, TOWARD' и другие исслслоптти, проводились преимущественно и Х- и

L-диапазонах зондирования при вертикальной поляризации излучения и средних (область плато) углах падения электромагнитной волны. Модельные расчеты наблюдаемых гидрологических процессов, таких как, например, внутренние волны п океане, выполненные п L-диапазонс в рамках теории резонансного рассеяния, показали хорошее соответствие с экспериментальными данными. Однако в более коротковолновом X-диапазоне расчеты оказались менее удовлетворительными даже в рамках двухмасштабиой модели "рябь на крупной волне". Как известно из серии экспериментов "Восток", выполненных ИКИ РАН в период с 1977 по 199tr., в Ки-диапазоне и настильных углах зондирования формирование обратно рассеянного электромагнитного ноля имеет еще более сложный характер, .что, с одной стороны, связано с гидродинамическими особенностями модуляции брэгговских компонент волнения, а с другой - вовлечением дополнительных электродинамических механизмов рассеяния. Множественность и недостаточная изученность механизмов формирования и модуляции РЛИ МП как на вертикальной (ВВ), так и на горизонтальной (ГГ) поляризации не позволяет на данный момент времени построить однозначную передаточную функцию типа "морская поверхность - РЛ-сигнал". Для решения этой задачи необходимы как всесторонняя достоверная экспериментальная информация, так и теоретическая проработка возможных гидро- и электродинамических моделей. Перечисленные проблемы являются предметом исследования настоящей диссертационной работы, что и определяет ее актуальность.

Цель диссертационной работы

Цель работы состояла в экспериментальном исследовании и численном моделировании особенностей формирования РЛ-спгнала, рассеянного морской поверхностью в Ки-диаиазонс при больших углах падения электромагнитной волны.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи: - разработка цифровой аппаратуры регистрации РЛ-изображсиий, отвечающей требованиям точности и современным видам анализа;

- разработка алгоритмов и программ cfiopa, первичной и целевой обработки РЛИ МП;

анализ эффективности модуляции РЛИ МП на ГГ и ВВ поляризации океаническими и атмосферными процессами;

выявление характерных структурных особенностей РЛИ МП на ГГ и ВВ поляризации в зависимости от стратификации пограничного слоя атмосферы;

исследование закономерностей формирования РЛ-образов поверхностных проявлений внутренних поли в океане н длинных гравитационных волн в зависимости от условий наблюдения;

проведение численных модельных расчетов сечения обратного рассеяния МП на вертикальной и горизонтальной поляризации с учетом эффекта многократных нереотраженнй.

Научная новизна диссертации

  1. Разработан и реализован многоканальный комплекс цифровой регистрации РЛ-иэображеннй МП, превосходящий рапсе существовавшие аналоги и обеспечивающий получение достоверных характеристик РЛ-расесянных сигналов, высокоточную пространственную привязку РЛ-изображеннй, автоматизацию научных исследований с использованием компьютерной техники.

  2. Впервые на основе статистического анализа РЛИ МП К„-днапазоиа получены комплексные количественные поляризационные зависимости модуляции РЛ-сигнала поверхностными проявлениями ВВО (ППВВО) от устойчивости пограничного слоя атмосферы, азимута визирования, угла зондирования относительно ветра и угла падения зондирующей волны.

  1. Впервые на основе количественного анализа экспериментальных данных показана важная роль механизма модуляции источника при формировании РЛ-образов длинных гравитационных поверхностных волн.

  2. Впервые проведено численное моделирование эффекта многократных нерсотражений РЛ-сигнала морской поверхностью и получена оценка его вклада п сечение обратного рассеяния на ВВ и ГГ поляризації-ях в К„-диапазонс зондирования для петроиого поверхностного волнения и для случая модуляции поверхностных волн течением, индуцированным внутренней волной.

Положения, выносимые на защиту

На защиту выносятся:

1, Комплекс цифровой регистрации и пространственной привязки
РЛ-изображений подстилающей поверхности, разработанный для само
летной РЛСБО "Ннть-Сх" на базе IBM совместимого компьютера н
специализированных сигнальных процессоров, и также комплекс алго
ритмов и программ первичной и целевой обработки цифровых изображе
ний, предназначенных для; коррекции, фильтрации и пространственной
привязки результатов РЛ-сьемкн; определения статистических, модуля
ционных и спектральных характеристик различных океанических и
атмосферных процессов,

2. Результаты статистического анализа экспериментальных данных
но активному дистанционному зондированию НПО и выявленные иа его
основе закономерности формирования РЛ-образов виутриволионых возму
щений в Кц-диапазоие зондирования на BIJ и ГГ поляризации. 1) част
ности, установлено:

наличие двух ветвей регрессионной зависимости РЛ-кои трастов ППВВО на ВВ поляризации от РЛ-кошрастоц на ГГ поляризации, соответствующих условиям устойчивой и неустойчивой стратификации пограничного слоя океан-атмосфера;

двоякое влияние неустойчиво стратифицированного пограислон океан-атмосфера иа РЛ-образы ППВВО, выражающееся в усилении модуляции РЛ-сигиала виутриполновыми возмущениями и маскировании ППВВО в зависимости от условий наблюдения.

3. Результаты анализа особенностей формирования РЛ-образов
длинных гравитационных воли в Ки-диапа.чоне зондирования, па основа
нии которого обоснована важная роль механизма модуляции источника -
модуляции спектральной плотности ряби флюктуацнями скорости припо
верхностного остра, обусловленными наличием крупных воли,

4, Результаты комплексного анализа океанических и атмосферных
процессов, на основании которого идентифицировано склоновое течение и
интерпретирована модуляция пространственных масштабов конвективных
процессии в пограничном слое океан-атмосфера в области свала глубин на
обрыве континентального шельфа, і

5. Результаты модельных расчетов сечения обратного рассеяния МП при больишх углах падения зондирующего сигнала, выполненных с учетом эффекта затенений и многократных переотражений. Установлен, что на ГГ поляризации вклад эффекта многократных нереотражспніі в сечение обратного рассеяния оказывается существенным и состапляет 25%, на ВВ поляризации вклад незначителен и составляет 5%. При модуляции спектра поверхностного волнения течением, индуцированным внутренней волной в океане, отношение удельного сечения обратного рассеяния в сулое к среднему невозмущеиному фоновому значению при угле падения =75 на вертикальної"} поляризации составляют ~ 1,1, а па горизонтальной ~2,5.

Практическая ценность и прикладное значение

Схемные н алгоритмические решения, полученные при разработке комплекса цифровой регистрации и пространственной привязки РЛ-изображений, могут быть использованы при создании штатной аэрокосмической аппаратуры, а гибкое сочетание программных и аппаратных средств позволяет использовать данную разработку в таких областях дистанционного зондирования, как мстеолокация, теплолокация и т.д.

Разработанное программное обеспечение является универсальным и может быть использовано для статистического, спектрального и др. видов анализа радиолокационных, оптических и др. типов изображений. Отдельные компоненты программного обеспечения переданы в составе радиогидрофизнческого программного комплекса в ИРЭ РАН для использования в космическом проекте "Природа".

Методика и алгоритмы, использованные для численного моделирования рассеяния РЛ-сигпала, основаны на анализе геометрии подстилающей поверхности с учетом эффектов затенений и многократных персотраженнй, что позволяет использовать их для любых профилей поверхности при решении задач распространения и рассеяния радиоволн.

Диссертация выполнена п соответствии с научными планами ИКИ РАН, со результаты вошли в 4 отчета.

Личный вклад автора

Результаты, изложенные и диссертации, получены автором самостоятельно или па равных правах с соавторами. Автору принадлежит: разработка аппаратно-программного комплекса цифровой регистрации РЛИ; непосредственное участие в натурных экспериментальных работах в составе научного экипажа самолета-лаборатории "Ту-134Сх"; интерпретация полученных с помощью разработанного устройства цифровых РЛИ МП; постановка задачи, разработка алгоритмов и создание комплекса программ для численного моделирования рассеяния РЛ-снгнала морской поверхностью.

Апробация результатов

Результаты, вошедшие в диссертацию, получены автором в период с 1989 по 1994 год. Они докладывались на: Всесоюзной конференции "Использование спутниковой информации в исследовании океана и атмосферы", г.Звенигород (1989г.), III Международной школе-семинаре по космическим исследованиям, г.Суздаль (1991г.), Всесоюзной конференции-семинаре по спутниковой гидрофизике, г.Севастополь (1991г.), а также на трех Международных симпозиумах по наукам о Земле и дистанционному зондированию: IGARS&92, США, Хьюстон (1992г.), 1GARSS*93, Япония, Токио (1993г.), IGARSS'94, США, Пасадена (1994г.).

Публикации

Материалы диссертации опубликованы в 8 печатных работах, Перечисленных в конце автореферата.

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, 4 глав, заключения и приложения. В ней содержится 175 страницы машинописного текста, в том числе 49 рисунков и 5 таблиц. Библиография включает 157 наименования.