Развитие активных и пассивных радиолокационных методов изучения океанических явлений тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ Й ВЬШОДЫ

Сформулированные выще защищаемые положения обоснованы конкретными результатами. В соответствии с разделом «Содержание работы», основные полученные результаты можно разделить на две группы.

В исследованиях по ветровым волнам и пассивным радиолокаци-о'нным методам изучения океана:

1. Впервые изучена взаимосвязь контрастов собственного радиотеплового излучения (радиояркости) морской поверхности с контрастами ее температуры, при этом выявлена инверсия знака радиояркостного контраста при переходе из сантиметрового в миллиметровый диапазон электромагнитных волн.

2. Впервые исследованы статистические параметры ветровых волн (дисперсии и временные интервалы вариаций высот, уклонов и орбитальных скоростей), наблюдаемых с конечным пространственным разрещени-ем. ,

3. Изучены радиояркостные контрасты взволнованной морской поверхности, впервые предложены и исследованы поляризационные методы селекции контрастов тепловой и нетепловой природы.

4. Предложен, исследован и проверен поляризационный СВЧ-радиометрический метод измерения спектра уклонов ветровых волн с движущегося судна при достижимом (при помощи фокусированной антенны) пространственном разрещении.

5. Предложен и исследован метод точного восстановления поля температуры (с самолета или космического аппарата), использующий СВЧ-радиометр с искусственным «подсветом» поверхности океана, визируемой в надир. При этом в рамках имеющихся моделей учтены все виды нетепловых контрастов (атмосферы, пенных образований, крупных и мелких ветровых волн) и даны рекомендации по продвижению этого метода в реальные разработки. в исследованиях по активным радиолокационным методам изучения океана:

1. Изучена взаимосвязь характеристик интенсивности отраженного сигнала (УЭПР взволнованной поверхности) с параметрами поля ветровых волн, описываемых изотропной двухмасштабной моделью, - при близких и далеких от надира углах однопозиционного визирования и с учетом возможности излучения и приема соосных и перекрестной поляризационных составляющих. Выяснены рациональные области углов визирования и предложен поляризационный метод измерения ветрового контраста УЭПР (т.е. скорости ветра), использующий эффект деполяризации отраженного сигнала. '

2. Изучены контрастно-фоновая чувствительность (КФЧ) и помехоустойчивость панорамных радиолокаторов при восстановлении ими контрастного поля УЭПР (т.е. контрастного поля мелких волн, подвергающихся деформациям различной природы). Выяснены взаимосвязи КФЧ, определяемой эффектом «мерцания» узкополосного СВЧ-сигнала, с параметрами радиолокаторов, в том числе радиолокаторов с синтезированной апертурой (РСА). Проведена успешная экспериментальная проверка параметров чувствительности и помехоустойчивости на примере современного РЛ-изображения морской акватории, включмрщего контрасты различной природы (следы внутренних волн, след корабля, нефтяной слик, шельфовый склон).

3. В рамках задач изучения скоростной структуры поверхностных волн и выяснения возможности точных дистанционных измерений скорости океанских течений, были исследованы доплеровские радиолокационные спектры, полученные с движущегося судна при помощи серийного (верто-летно|л) навигационного прибора. Разработанная специальная методика позволила избавиться от помех за счет боковых лепестков диаграммы направленности антенны и раздельно фиксировать спектры флуктуации амплитуд и фаз отраженного СВЧ-сигнала. Параметры осредненных спектров фаз соответствовали расчетным для условий развитых волн, и не обнаружено препятствий физического характера для измерений скорости течений с космического аппарата.

4. Изучены точностные характеристики доплеровского метода измерений мезо-масштабного поля скорости океанских течений с космического аппарата при использовании для этой цели современных РСА. Получены соотношения для флуктуационной скоростной чувствительности в отсутствии волн зыби и для сдвиговых ошибок в их присутствии. Выяснено, что с точки зрения близости этих ошибок целесообразно работать при размерах пятна осреднения порядка 1км. Такой размер пятна значительно превышает размер, соответствующий «времени замороженности» поверхности при ее визировании с КА, что и позволяет, используя «нефокусированную» апертуру, получить необходимое число независимых отсчетов скорости при пространственно-временном осреднении.

5. В специальном космическо-морском эксперименте при участии российского КА «Алмаз-1», и НИС «Академик Иоффе» (1992г) была подтверждена возможность восстановления структуры мезо-масштабного поля океанского течения - на примере западной части главного русла Гольфстрима - с прогнозируемой точностью. Затем, при обработке по той же методике выбранного южного участка Гольфстрима (Флоридский пролив), снятого на РСА КА ЕК8-2 (1995г) был сформирован информативный скоростной портрет этого района, демонстрирующий перспективность разработанного метода для мониторинга пространственно-временной изменчивости поля течений в Мировом океане.

6. Предложен экономичный прибор - поляризационный СВЧ-скаттерометр, способный заменить (как более эффективный) используемый ныне прибор К8САТ для глобального мониторинга скорости и направления ветра. Эта же методика может быть использована, по-видимому, для измерения параметров волн и ветра при введении в действие аппарата ЕКУ18АТ с поляризационным РСА (2001 год).

7. На базе известного корреляционного метода автономной навигации судов (акустического) и самолетов (радиолокационного) предложен и проанализирован экономичный прибор - радиолокадаонный измеритель вектора скорости океанских течений, в т.ч. скорости дрейфа ледовых полей. Этот прибор, являясь «интерферометром интенсивностей» с продольной антенной базой, обладает существенными преимуществами по сравнению с существующими РСА: при умеренном пространственном разрешении (100м -1км) он исключительно экономичен энергетически и не требует ни антенн большой площади, ни протяженной антенной базы.

8. Изучен прибор, являющийся чрезвычайно перспективным при измерениях из космоса параметров быстропротекающих океанских явлений, -радиолокационный интерферометр с поперечной антенной базой, восстанавливающий поле среднего уровня океана. Первый запуск подобного прибора уже осуществлен, однако американская программа 8КТМ официально предусматривает только съемку топографической карты суши с высоким разрешением. Применительно к океанским условиям определен оптимальный алгоритм обработки двух квадратурного когерентного сигнала и найдены достижимые параметры - флуктуаиионная уроненная чувствительность, сдвиговые ошибки и необходимая энергетика при заданном (ограниченном) размере антенной базы.

Основные публикации по теме диссертации

1. Переслегин C.B. Радиолокационные методы обследования Земли с летательных аппаратов (обзор).// Радиоэлектроника за рубежом, 1970, № 45,16 с.

2. Переслегин СВ. О соотношении между тепловыми и радиояркост-ными контрастами морской поверхности. // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1967, т.З, №1, с.47-57.

3. Переслегин СВ. Связь СВЧ-рассеяния от морской поверхности с пространственно-временными характеристиками развитого волнения. // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1975, т. 11, №5, с.481-490.

4. Переслегин СВ. Статистические характеристики СВЧ-рассеяния от морской поверхности с учетом конечного разрешения и фактора деполяризаций. // Известия АН СССР. Физика атмосферы и океана, 1975, т. 11, №6,0.610-618.

5. Переслегин СВ. Средние значения, флуктуации и контрасты радиолокационного сигнала при отражении от морской поверхности. // Вопросы радиоэлектроники, серия РЛТ, 1972, вып.Ю, с.53-73.

6. Переслегин СВ. Обнаружение фоно-контрастных объектов в радиолокаторах обзора морской поверхности. // Вопросы радиоэлектроники, серия РЛТ, 1972, вып. 10, с.74-94.

7. Переслегин СВ. Контрасты выглаживания морских волн и возможность их обнаружения бортовым радиолокатором. // Вопросы радиоэлектроники, серия РЛТ, 1973, вып.17, с.61-75.

8. Переслегин СВ., Шутко А.М. Пространственно-временные и поляризационные характеристики собственного радиоизлучения морской поверхности. // Вопросы радиоэлектроники, серия РЛТ, 1975, вьш.З, с.52-63.

9. Переслегин СВ. Радиояркостные контрасты морской поверхности и возможность их обнаружения теплорадиолокатором. // Вопросы радиоэлектроники, серия РЛТ, 1975, вып.З, с.33-51.

10. Переслегин C.B. Радиофизические характеристики морской поверхности. // Радиолокационные методы исследования Земли / Под ред. Ю.А.МелЬника - М., Сов. Радио, 1980, с.200-205.

И. Переслегин СВ., Мельник Ю.А. Радиолокационное наблюдение открытых акваторий. // Радиолокационные методы исследования Земли Под ред. Ю. А.Мельника - М., Сов. Радио, 1980, с.206-212.

12. Соколов Ю.П., Мельник Ю.А., Переслегин СВ. Модель радиотеплового излучения земной поверхности и использование радиометров для определения характеристик земных покровов. // Радиолокационные методы исследования Земли / Под ред. Ю.А.Мельника - М., Сов. Радио, 1980, с. 153-159. .

13. Программа, методика и состав аппаратуры комплексных экспериментальных исследований океанской среды. Отчет о НИР (II этап)./ ИОАН, дог. Е-32-78, Москва 1980, с.165-230.

14. Отчет о работах в 33-м рейсе НИС «Дмитрий Менделеев», т.1, часть 2 / ИОАН, 1984, с 204-231.

15. Переслегин СВ. О пространственно-временном усреднении вариаций высот, уклонов и скоростей развитых ветровых волн при дистанционном зондировании поверхности океана. // Исследование Земли из космоса, 1985,№6,с.З-7.

16. Переслегин СВ., Иванов А.В., Лобыцын В.В. О возможности измерения с ИСЗ скорости океанских течений при помощи корреляционного радиолага. // Межведомственный симпозиум «Верхний слой океана», тезисы доклада, Севастополь, 1985, с.26.

17. Лобыцын В.В., Ломоносов Ю.И., Переслегин СВ. Контрастно-фоновая чувствительность панорамных радио- и гидролокационных систем. // Океанология, 1986, т.ХХУ1, вып.З, с.521-527.

18. Переслегин СВ., Шлемов М.Ю. Измерение параметров взволнованной поверхности при помощи поляризационного СВЧ-радиометра. // Всесоюзная конференция «Методы и средства дистанционного зондирования Земли в интересах народного хозяйства», тезисы доклада, Рязань, 1989, с.47-48.

19. Воробьев О.А., Дронский С.А., Переслегин СВ., Честнов В.М. О реализации потенциальной контрастно-фоновой чувствительности в радиолокаторах обзора морской поверхности. // Всесоюзная конференция «Методы и средства дистанционного зондирования Земли В интересах народного хозяйства», тезисы доклада, Рязань, 1989, с.46-47.

20. Переслегин СВ., Шлемов М.Ю. Поляризационный СВЧ-радиометрический метод исследования морской поверхности. // XXXV научная конференция МФТИ, секция геокосмической физики, тезисы-докла-да. Москва, 1989, с.34.

21. Гранков А.Г., Переслегин СВ. Перспективные методы космического мониторинга полей течений и температуры в океане. // Межведомственный симпозиум «Проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса», тезисы доклада, Реутов, 1990, с.4.

22. Разработка автоматизированного дистанционного комплекса судовых средств для анализа мелкомасштабной структуры морского волнения. / Отчет о НИР «Зонд-АН». Москва, ИОАН, 1990,99с.

23. Переслегин СВ., Королев А.М. Орбитальная СВЧ-скатгерометрия: анализ методов «прямых» измерений поля океанских течений. // II межведомственная научная конференция «Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды», тезисы доклада, Муром, 1992, C.76.

24. Переслегин СВ., Троицкий Р.В. Орбитальная СВЧ-радиометрия: анализ метода точного измерения температурных градиентов на поверхности океана с использованием искусственного «подсвета» // II межведомственная научная конференция «Применение дистанционных радиофизических методов в исследовании природной среды», тезисы доклада, Муром, 1992,0.45.

25. Красицкий В.П., Переслегин СВ. Об измерении спектров океанских волн с движущегося судна. //Океанология, 1993, т.ЗЗ, Ks5, с.778-783.

26. Создание, модернизация и развитие матобеспечения для обработки научной информации модуля «Природа» ОПС «Мир» и научного архива «Мир-Природа» / Отчет о НИР «Природа», Москва, ИРЭ РАН, 1994,145с.

27. Переслегин СВ., Королев A.M., Маров М.Н. Анализ допплеров-ского радиолокационного метода измерения поля мезомасщтабных океанских течений с орбитального аппарата. // Исследование Земли из космоса, 1994, №2', с.84-93.

28. Переслегин СВ., Королев A.M., Маров М.Н., Мищин С.А., Шули-ка К.М., Иванов А.Ю. Радиолокационные измерения мезомасштабных полей течений Океана по данным РСА КА «Алмаз-1». // Исследование Земли из космоса, 1994, №4, с. 28-38.

29. Переслегин СВ. Задача восстановления мезомасштабного поля уровня океана методами космической радиолокационной фазометрии. // Исследование Земли из космоса, 1996, №5, с. 14-25.

30. Pereslegin *S.V., Sinitzin Yu.P. Analysis of Results about Radar Methods for Ocean Level and Current Velocity Mesoscale Field Restoration from Space. // Proceedings ofPIERS-96. Innsbruck, 1996, p. 666.

31. Pereslegin S.V., Shulika K.M., Tzaitzev V.V., Ivanov A.Yu. Reconstruction ofthe Gulf Stream Submesoscale Velocity Field by the ALMAZ-1 SAR Data. // Proceedings of PIERS-96. Innsbruck, 1996, p 667.

32. Комплексный анализ использования космической информации для мониторинга природной среды. Этап 04. Концепция развития спутниковой океанологии в России в 1996-2015гг./ Отчет о НИР «Концепция», 1996, Москва, ИО РАН, 98с.

33. Лаппо СС, Арманд Н.А., Волков A.M., Копелевич О.В., Кравцов Ю.А., Кузьмин А.В., Пелевин В.Н., Переслегин СВ., Пичугин А.П., Смирнов М.Т., Тищенко Ю.Г., Трохимовский Ю.Г. О концепции развития космической океанологии в России на 1996-2015 гг. // Исследование Земли из космоса, 1997, №2, с.70-80.

34. Арманд Н.А., Гранков А.Г., Кравцов Ю.А., Раев М.Д., Трохимовский Ю.Г., Пелевин В.Н., Переслегин С.В. Микроволновые радиометрические Методы определения климатоформирующих параметров (проект Российского океанологического специализированного спутника РОСС-1). // Первый межведомственный научно-практический семинар «Новые задачи, пути совершенствования перспективных средствТКТ и технологии их создания», тезисы доклада, 1997, Москва, ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, с.42.

35. Переслегин СВ. Радиолокационные методы восстановления мезо-масштабных полей уровня поверхности океана и скорости океанских течений. //Первый межведомственный научно-практический семинар «Новые задачи, пути совершенствования перспективных средств РКТ и технологии их создания», тезисы доклада, 1997, Москва, ГКНПЦ им. М.В.Хруничева, C.43.

36. Pereslegm S.V., Baskakov A.I., Sinitzin Yu.P., Sukonkin A.S. The Perspective Radar Metiiods for Panoramic Observation of Ocean Level Field from Space.//Proceedings of PORSEC-98.Qingdao, 1998, p. 475-478

37. Защита окружающей среды при строительстве и эксплуатации ВПУ, подводного трубопровода и береговых сооружений. Отчет о НИР, Т.1, кн. 5, разд.1 / Москва, КТК, 1998, с.9-20 - 9-53.

38. Переслегин СВ., Синицын Ю.П. Восстановление мезомасштабно-го поля уровня океана в космическом радиолокационном интерферометре бокового обзора. // Электромагнитные волны и электронные системы, 1998, №5, т.З, с. 44-50

39. Переслегин СВ. Условия точного измерения поля температуры поверхности океана СВЧ-радиометрическим методом с использованием искусственного подсвета. // Электромагнитные волны и электронные системы, 1998, №6, т.З, с.31-37.

40. Синицын Ю.П., Переслегин СВ. Потенциальная точность и оптимальный алгоритм восстановления мезомасштабного рельефа морской поверхности космическим радиолокатором бокового обзора. // Исследование Земли из космоса, 2000, Ks 1, с. 51 -57.

41. Иванов А.Ю., Пелевин В.Н., Переслегин СВ. Радиолокационно-оптический метод диагностики пленочных и обьемных загрязнений прибрежных вод. // «Проблемы и технологии создания и использования косми-,ческих систем и комплексов на базе малых КА и орбитальных станций». Ёторой межведомственный научно-практический семинар, тезисы доклада, Москва, ГКНПЦ им.М.В.Хруничева, 1998, с.58.

42. Нейман И.С., Мосунянц Т.Г., Переслегин СВ. Радиолокационные методы восстановления параметров ледовой обстановки. // «Проблемы и технологии создания и использования космических систем и комплексов на базе малых КА и орбитальных станций». Второй межведомственный научно-практический семинар, . тезисы доклада, Москва, ГКНПЦ им.М.В.Хруничева, 1998, с.59.

43. Пелиновский Б.Н., Переслегин СВ. Радиолокационные методы мониторинга волновых явлений в океане, связанных с сейсмической активностью. // «Проблемы и технологии создания и Использования космических систем и комплексов на базе малых KÁ и орбитальных станций». Второй межведомственный научно-практический семинар, тезисы доклада, Москва, ГКНПЦ им. М. В.Хруничева, 1998, с.бО.

44. Анализ задач, методов и средств дистанционного зондирования океана. Предложения По созданию перспективных океанологических спутниковых платформ. Отчет о НИР, дог.№»14/5-03-99 / ИО РАН, Москва, 1999,421с.

45. Переслегин СВ., Синицын Ю.П., Баскаков А.И. Радиолокационные методы восстановления мезомасштабного поля уровня океана с космических аппаратов. // Ш Всероссийская конференция «Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды», тезисы доклада, Муром, 1999, с. 120-121, и Всероссийская конференция «Взаимодействие подводных возмущений с поверхностными волнами» тезисы доклада, Москва, 1999, ИПМ РАН, с.22-24.

46. Переслегин СВ., Достовалов M.ÍO., Иванов А.Ю. Опыт обработки первичной радиолокационной информации (радиоголограмм, полученных на космических РСА) с целью гамерения параметров океанских явлений, включая скорость течений. // Ш Всероссийская научная конференция «Применение дистанционных радиофизических методов в исследованиях природной среды», тезисЬ! доклада, Муром, 1999, с.273-275.

47. Pereslegin S.V., Siriitzih Ju.P., BaSkakov A.I., Dostovalov M.Ju., Ivanov A.Ju. Radar Methods for Restoration of Ocean Phenomena Parameters from Space // PACON-99 Symposium Abstracts, June 1999, Moscow, p.l3.