Корреляция сигналов, разнесённых по частоте, при квазизеркальном отражении от водной поверхности: лабораторные и натурные измерения

При квазизеркальном зондировании модуль коэффициента взаимной корреляции |ρ(Δf)| двух отражённых сигналов, разнесённых по частоте на Δf, несёт информацию о высоте волн: разность фаз сигналов пропорциональна высоте отражающей площадки и Δf, поэтому с ростом Δf сигналы декоррелируют. Выражение для модуля нормированной корреляционной функции таких сигналов в области квазизеркального отражения получено в явном виде через высоту значительных волн, дисперсии уклонов и диаграммы антенн [1]; для гауссовых высот оно содержит гауссов по Δf множитель с дисперсией высот. Ему предшествовало выражение для самой корреляционной функции, полученное в общем виде для бистатического зондирования в приближении Кирхгофа [2]. В докладе рассмотрено обобщение: зависимость |ρ(Δf)| определяется характеристической функцией распределения высот зеркальных точек, которое задаётся диаграммой направленности антенны и совместной плотностью высот и уклонов. Для гауссова волнения эта зависимость переходит в результат [1], а для регулярной волны определяется отношением крутизны волны к ширине диаграммы и по форме изменяется от J₀ (пологая волна) до cos (крутая волна). Теория сопоставлена с лабораторными измерениями и с натурным экспериментом с метромоста.
Для регулярной волны с заданной амплитудой 5 см и частотой 1 Гц |ρ(Δf)| немонотонна. В режимах с ветровым волнением амплитуда, найденная по спаду корреляции, близка к измеренной струнным волнографом, тогда как гауссова модель с дисперсией высот по его записи описывает данные заметно хуже. Данные с метромоста, напротив, хорошо описываются гауссовой моделью [1] и дают для случайного волнения значимую высоту волнения около 0,2 м (оценка только по радиолокационным данным). Угловая зависимость |ρ| вблизи надира при Δf ≈ 830 МГц имеет колоколообразную форму, характерную для квазизеркального режима, и даёт оценку дисперсии наклонов крупных волн в плоскости сканирования ≈ 0,006–0,008. Уровень |ρ| при малых Δf существенно ниже единицы, и его природа требует отдельного исследования. Форма зависимости |ρ(Δf)| позволяет различать регулярное и случайное волнение, а её параметры - оценивать высоту волн.