Доплеровские сдвиги радиолокационного сигналов рассеянного морской поверхностью. Результаты натурных экспериментов

Доплеровские спектры радиолокатора X- диапазона, работающего на вертикальной (VV) и горизонтальной поляризации (HH) и соответствующие доплеровские сдвиги радиолокационных сигналов были исследованы в натурных экспериментах с Океанографической платформы на Черном море в 2012 г. Эксперименты выполнялись для VV и HH поляризаций при углах падения от 200 до 550 градусов, разных азимутальных углах зондирования (от 00 - по ветру до 1800 – против ветра) и скоростях ветра в диапазоне 7-13 м/с. При оценках доплеровских сдвигов были использованы два их определения, а именно, усредненный доплеровский сдвиг мгновенного спектра и доплеровский сдвиг среднего спектра, т.е. спектра, усредненного по периодам длинных волн. В результате выполненных экспериментов обнаружено, что а) доплеровские сдвиги, как средний от мгновенного спектра, так и сдвиг среднего спектра возрастают с увеличением угла падения; б) сдвиг мгновенного спектра, как правило, меньше, чем для среднего спектра; в) сдвиги мгновенного спектра при наблюдении по ветру и против ветра близки друг к другу, в то время как сдвиг среднего спектра при наблюдении против ветра заметно выше, чем для мгновенного; г) доплеровские сдвиги слабо зависит от скорости ветра. Дано объяснение различий в значениях данных доплеровских сдвигов, основанное на учете эффекта модуляции сигнала обратного рассеяния в поле длинных волн. Модуляция не влияет на мгновенный доплеровский сдвиг, но дает вклад в величину сдвига среднего спектра. Последнее связано с вариациями сигнала обратного рассеяния и различными вкладами величин мгновенного доплеровского сдвига в разных фазах длинной волны в средний доплеровский сдвиг. Это объяснение подтверждено оценками радиолокационной модуляционной передаточной функции (МПФ) для условий эксперимента и использованием полученных данных по МПФ для расчета разности двух типов доплеровских сдвигов. Результаты таких расчетов находятся в хорошем согласии с прямыми измерениями указанной разности.
Важность учета вклада модуляции сигнала обратного рассеяния из-за длинных волн в доплеровские сдвиги определяется связана с необходимостью корректной оценки скоростей морских течений по данным наблюдений спутниковыми радиолокаторами.
Работа выполнена при поддержке РФФИ (проекты 11-05-00295, 12-05-31237, 13-05-90429 Укр_ф_а, 13-05-97058, 13-05-97043), РАН (Программа Радиофизика) Правительства РФ (Гранты No. 11.G34.31.0048, 11.G34.31.0078).