Метод восстановления наклонов водной поверхности при полете с переменной скоростью

Проведенный теоретический анализ показал, что когерентный доплеровский радиолокатор с ножевой диаграммой направленности антенны может использоваться для измерения статистических характеристик отражающей водной поверхности и, в том числе, дисперсии наклонов. В ходе натурного эксперимента была применена схема измерения, использующая 2-3 пролета над исследуемым участком под разными азимутальными углами. Обработка данных эксперимента подтвердила работоспособность разработанных алгоритмов восстановления статистических характеристик поверхности.
В данной работе обсуждается новая схема проведения измерений. Принципиальное отличие состоит в том, что полет может выполняться по прямой траектории. Альтернативой изменению направления полета стало изменение скорости движения. Использование переменной скорости движения во время сеанса измерений позволяет получить полную систему уравнений, связывающих ширину доплеровского спектра, скорость движения носителя и статистические характеристики рассеивающей поверхности без изменения направления движения.
Разработаны новые алгоритмы восстановления дисперсии наклонов рассеивающей поверхности, а также коэффициента корреляции вертикальной составляющей орбитальной скорости и наклона водной поверхности вдоль траектории движения (далее коэффициента корреляции). Алгоритм, полученный из исходных уравнений («полный» алгоритм), позволяет измерить дисперсию наклонов и коэффициент корреляции. «Линейный» алгоритм получен путем упрощения исходных выражений и, с его помощью, можно определить только дисперсию наклонов вдоль траектории полета. Входными параметрами для алгоритмов являются ширина доплеровских спектров и скорости движения носителя.
Полный алгоритм позволяет восстановить дисперсию наклонов и коэффициент корреляции при условии достаточно точного измерения скоростей движения и ширины доплеровских спектров и для его работы требуется два изменения скорости полета на интервале измерения. Для работы линейного алгоритма достаточно одного изменения скорости.
Точность восстановления дисперсии наклонов возрастает при увеличении скорости движения. Численное моделирование подтвердило работоспособность алгоритмов в условиях неточного задания входных параметров. Погрешности определения входных параметров для полного алгоритма сильнее всего влияют на восстановление коэффициента корреляции и, в большинстве случаев, точность будет низкой. Отметим, что коэффициент корреляции является знакопеременным и смена знака происходит вблизи истинного значения скорости движения. Дисперсия наклонов, восстановленная при этом значении скорости движения, близка к правильной. Следовательно, применение вариации по скорости движения (или по ширине доплеровского спектра) позволяет получить оценку истинного значение скорости движения (или ширины доплеровского спектра) в точке смены знака коэффициентом корреляции, и определить дисперсию наклонов.
Обработка данных численного моделирования с применением вариации скорости движения или ширины доплеровского спектра подтвердила эффективность данной методики в условиях неточно заданных входных параметров.

Работа поддержана Российским фондом фундаментальных исследований (проект № 06-05-64752) и школой НШ-6043.2006.2.