Использование метода наименьших квадратов и последовательных приближений для ускорения калибровки СВЧ-радиометра.

В настоящее время ведутся активные исследования земной поверхности с применением средств дистанционного зондирования земли, так как они дают возможность охватить наблюдениями достаточно большие площади поверхности и оперативно получать информацию. В свою очередь, особое место в ряду средств дистанционного зондирования принадлежит пассивным микроволновым средствам, определяющим интенсивность собственного излучения морской поверхности в СВЧ - диапазоне.
Однако, каким бы образом не производились измерения в микроволновом диапазоне, будь то наблюдения со спутника, измерения с борта самолета или корабля, возникает необходимость в проведении периодической калибровки СВЧ-радиометра. Это связано с тем, что в микроволновом диапазоне, в отличие от оптического диапазона не существует стандартов яркости.
В основном СВЧ-радиометры имеют линейную зависимость антенной температуры от интенсивности принимаемого излучения. Поэтому калибровка шкалы антенных температур обеспечивается измерением двух опорных сигналов с сильно различающимся излучением в СВЧ диапазоне. В качестве таких сигналов обычно используют излучение абсолютно черного тела и реликтовое излучение космоса или излучение атмосферы.
В рамках комплексных международных экспериментов «CAPMOS» в 2005, 2007, 2009 и 2012 гг. проводились комплексные эксперименты по определению взаимодействия океана и атмосферы в акватории Черного моря. В экспериментах использовались СВЧ-радиометры с частотами: 18.7, 37.5 и 92 ГГц. Для выполнения калибровки СВЧ-радиометров применяется поглотитель, представляющий собой абсолютно черное тело, сумма излучения атмосферы при различных углах визирования и реликтового излучения космического пространства. Для того что бы представить шкалу антенных температур в виде линейной функции, необходимо вычислить аппроксимирующие ее коэффициенты.
Используемый в настоящее время способ калибровки СВЧ-радиометра основан на итерационном подборе значений коэффициентов аппроксимирующей функции и значения интегрального поглощения атмосферы в установленных доверительных интервалах для каждого из них. К недостаткам данного подхода относятся: во-первых, длительный процесс поиска удовлетворяющего решения; во-вторых, ограничение генерируемых значений доверительными интервалами.
В работе рассматривается другой подход к способу калибровки СВЧ-радиометра. По методу наименьших квадратов (МНК) были взяты формулы для нахождения коэффициентов линейной аппроксимации, что позволило не генерировать их в некотором диапазоне, а точно вычислить для конкретного набора температур опорных источников излучения. Для нахождения интегрального поглощение атмосферы было решено использовать метод последовательных приближений (МПП).
К основным результатам работы относятся: уменьшение количества итераций процесса поиска, что уменьшает время выполнения калибровки; точный расчет коэффициентов линейной аппроксимации, то есть отказ от поиска в доверительных диапазонах.
Работа выполнена при поддержке гранта Президента Российской Федерации №МК-865.2012.5, грантов РФФИ №11-05-90407-Укр_ф_а и №11-05-00493-а.