Теоретический анализ Quad-Pol снимков Radarsat-2 с точки зрения зондирования нефтяных пленок

На примере использования полных поляриметрических данных Radarsat-2 рассматривается проблема определения параметров нефтяных пленок, а также разделения искусственных и натуральных сликов. В рамках эксперимента, который проходил в районе нефтепромыслов «Нефтяные камни» в Каспийского море в августе 2009 г., было получено 2 радиолокационных съемки РСА Radarsat-2 в режиме полной поляризации (VV + HH+ VH+HV) поляризациях (режим Fine + Quad-pol). Скорость ветра во время съемок варьировалась от 8 до 11 м/с. С помощью теоретически обоснованного подхода (Kudryavstev et al., 2003 и Kudryavstev et al., 2013) для соосных поляризаций VV + HH было произведено выделение чисто брэговской (резонансной) и нерезонансных частей принятого сигнала. Было получено очень хорошее их соответствие теории (Kudryavstev et al., 2003) с точностью +/- 1 дБ. Резонансная (брэговская) часть рассеяния была подавлена в слике на 10 дБ (в зоне максимального подавления), что при данных ветро-волновых условиях должно соответствовать максимальной толщине пленки 0.5 мм согласно расчетам по подавлению спектра ветровой ряби нефтяным сликом (Kudryavstev et al., 2009). Нерезонансная часть рассеяния была подавлена на 5-6 дБ, что должно соответствовать подавлению сликом площади обрушений в 4 раза. В настоящее время этот параметр еще пока теоретически не связан с физическими параметрами слика.

Одновременно, для перекрестной поляризации было выявлено существенное расхождение теоретических расчетов, полученных на основе двухмасштабной модели (Valenzuela, 1968), и эксперимента. Расхождение составляет 7 дБ. Аналогичные цифры приводят и зарубежные авторы (Hwang et al, 2010; Voronovich, 2011). В нашей работе предлагается дополнительно использовать модель двух- и трех-кратных зеркальных рассеяний от структур типа уголковых отражателей. Подобные комбинации с легкостью могут формироваться в зонах обрушений волн, где наблюдается большое разнообразие любых уклонов поверхности. Теоретические расчеты в рамках чрезвычайно упрощенной модели показали, что должно наблюдаться поляризационное отношение для нерезонансной части сигнала HH/VV = 0.87. Для деполяризационной компоненты VH должно выполняться отношение VH/VV = 0.0156. В результате учета такого дополнительного механизма рассеяния удалость привести к согласию теорию и эксперимент с точностью до 1 дБ. Кроме этого, было получено, что для нефтяного слика толщиной 0.5 мм должно выполняться подавление нерезонансного отношения VH/VV на 2.5 дБ, что и наблюдается в эксперименте.

Таким образом, из Quad-Pol снимков Radarsat-2 экспериментально выделены и теоретически обоснованы три независимых составляющих, которые связаны с тремя различными физическими свойствами пленок. Две связи в настоящее время уже достаточно хорошо теоретически проработаны, третья – подавление обрушений – требует разработки. Результаты работы открывают возможность для масштабных рутинных экспериментов по разделению различных типов пленок и определению их параметров.

Работа выполнена при поддержке гранта Правительства РФ (Договор №11.G34.31.0078) для поддержки исследований под руководством ведущих ученых в Российском государственном гидрометеорологическом университете, в рамках договора №11.G34.31.0007, Программы Президиума РАН №23 “Динамика морского волнения в задачах дистанционного зондирования морской поверхности в прибрежной зоне”, грантов РФФИ № 12-05-92004-ННС_a, №12-05-31498.