Радиозондирование поверхности океана и приводного слоя атмосферы в сантиметровом диапазоне

Славутский, Леонид Анатольевич

Бесплатный автореферат и диссертация по географии на тему
Радиозондирование поверхности океана и приводного слоя атмосферы в сантиметровом диапазоне
ВАК РФ 11.00.08, Океанология

Автореферат диссертации по теме "Радиозондирование поверхности океана и приводного слоя атмосферы в сантиметровом диапазоне"

-> РОССИЙСКАЯ АКАДЕМИЯ НАУК Дальневосточное отделение Тихоокеанский океанологический институт

СЛАВУТСКИЙ Леонид Анатольевич

РАДИОЗОНДИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА И ПРИВОДНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ В САНТИМЕТРОВОМ

ДИАПАЗОНЕ

(специальность 1 1.00.08 - океанология)

На правах рукописи

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Владивосток, 1998

Работа выполнена в Тихоокеанском океанологическом институте Дальневосточного отделения Российской академии наук.

Официальные оппоненты:

Доктор физико-математических наук Л.М. Митник Доктор физико-математических наук Т.Р. Кильматов. Доктор физико-математических наук П.Н. Корнюшин.

Ведущая организация: Институт космических исследований РАН, Москва

Защита состоится «

......г

1998 г. в

.часов на

заседании Диссертационного совета Д 003.34.02 по присуждению ученой степени доктора физико-математических наук в Тихоокеанском океанологическом институте ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, ул. Балтийская, 43, ТОЙ ДВО РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ТОЙ ДВО РАН по адресу: 690041, г. Владивосток, улица Балтийская, 43, ТОЙ ДВО РАН.

Автореферат разослан «.

1998 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат физико-математических наук В.Н. Новожилов

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Исследования распространения радиоволн сантиметрового диапазона в приводном слое атмосферы и их рассеяния на морской поверхности ведутся достаточно давно и интенсивно. Этим вопросам посвящена обширная литература. Необходимость таких исследований двухсторонняя: с одной стороны - это прямые задачи (моделирование волновых полей) для радиосвязи, радиолокации, радионавигации; с другой стороны - обратные задачи (восстановление параметров среды по волновому полю) для океанологии, радиометеорологии, мониторинга окружающей среды, экологии. В последние годы бурно развиваются радиофизические методы, позволяющие получать информацию о состоянии атмосферы и поверхности океана из космоса, с искусственных спутников Земли.

Кроме дистанционных радиофизических методов для зондирования поверхности океана и приводного слоя атмосферы применяется множество параллельных методов - оптических, акустических, контактных. Для построения адекватных моделей распространения и рассеяния электромагнитных волн над морской поверхностью с одной стороны возникает необходимость комплексных измерений (с использованием различных экспериментальных методик) для сопоставления результатов, с другой стороны - требукмея достаточно дешевые радиофизические методы, позволяющие проводить мониторинг процессов на границе океан-атмосфера в режиме реального времени. Развитию именно таких методов и посвящена настоящая работа.

Экспериментальные исследования распространения и рассеяния радиоволн в приводном слое атмосферы приобретают особую актуальность в связи с тем, что до сих пор не создано теоретических моделей, адекватно описывающих скользящее распространение электромагнитных волн над взволнованной морской поверхностью. Чаще всего при решении задач распространения радиоволн в атмосфере над морем авторы лишь приближенно учитывают влияние поверхностного волнения и наоборот, - при решении задач

рассеяния электромагнитных волн на взволнованной морской поверхнос (зондировании волнения),- не учитывают условия распространения в атмосфере

Из-за большого числа факторов, оказывающих влияние 1 распространение радиоволн, и которые невозможно учесть одновременн теоретические модели часто неадекватно описывают происходящие процесс! При экспериментальных исследованиях в натурных условиях возникак дополнительные проблемы, связанные с изменением метеоусловий. Все задач возникающие при анализе радиосигналов - статистические, требующ! большого времени для обработки и усреднения данных. Поэтому оказывает« важным производить, измерения и обработку сигналов в режиме реально! 'времени.

Для решения обратных задач рассеяния ,и рефракции радиоволн последние годы разработан ряд достаточно эффективных методов, но 01 требуют регуляризации решений (априорной информации) и, что оказываем особенно важно, определенной точности измерений; которую зачасту невозможно обеспечить. Кроме того, они не учитывают всех влияюиц факторов. Поэтому развитие методов статистической обработки и оценк отдельных факторов, определяющих вклад в случайные и регулярнь составляющие радиосигналов при распространении радиоволн представляете крайне актуальным.

Для зондирования водной поверхности разработаны и успеил применяются множество дистанционных методов - от зондировав энергонесущего волнения в декаметровом (КВ) диапазоне до лазерног зондирования гравитационно-капиллярной ряби. При этом радиолокационнс зондирование в КВ-диапазоне несет информацию об анизотропи крупномасштабного волнения (зыбь и длинные ветровые волны). Лазернс зондирование поверхности позволяет получить информацию мелкомасштабном волнении, но требует неподвижности точки измерепт Пассивные измерения оптического и радиотеплового излучения поверхнос! океана позволяют получить пространственные спектры волнения в широко

диапазоне, но не содержат фазовых измерений скорости элементов поверхности. Сложности при двумерном пространственном сканировании и обработке изображений приводят к трудностям получения информации об анизотропии мелкомасштабного волнения.

В результате,перечисленные отдельные методы несут мало информации о волнении промежуточного масштаба и динамике волнения. В этом промежуточном интервале поверхностных волн наиболее сильно проявляются нелинейные эффекты и волнение имеет максимально крутые уклоны. Поверхностные волны этого диапазона (единицы метров) дают наибольший вклад в модуляцию сигналов при рассеянии сантиметровых электромагнитных волн. Для поверхностных волн этого диапазона до сих пор не разработано адекватных геофизических моделей, поскольку для него высокая нелинейность сочетается с влиянием энергонесущего волнения. Для получения максимально полной информации о динамических процессах на водной поверхности требуются пространственно-временные измерения, которые трудно реализовать в открытом море. Возникает необходимость исследовать дрейфовые и турбулентные составляющие скорости поверхности, влияющие на процессы переноса на поверхности океана, образование поверхностных пленок и сликов. Это обуславливает важность развития методик, позволяющих получать наиболее полную информацию о динамических характеристиках водной поверхности. Все вышеизложенное определяет АКТУАЛЬНОСТЬ . и ПРАКТИЧЕСКОЕ ЗНАЧЕНИЕ работы.

ЦЕЛЬЮ РАБОТЫ является развитие методов радиофизического зондирования поверхности океана и приводного слоя атмосферы, в частности -оперативной оценки условий распространения СВЧ-радиоволн над морской поверхностью и определения случайных динамических характеристик поверхности океана.

В ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ входила разработка экспериментальных методов, методик обработки данных, проверка моделей в натурных условиях

(судовые измерения в открытом море), позволяющие получать информацию в реальном времени. В частности:

1. Экспериментальное исследование рефракции и проверка теоретических моделей распространения электромагнитных волн сантиметрового диапазона в приводном слое атмосферы.

2. Разработка радиофизической методики, позволяющей проводить оперативную оценку условий распространения радиоволн над морем и оценить профиль волновода испарения в приводном слое атмосферы.

3. Исследование обратного (радиолокационного) рассеяния электромагнитных волн сантиметрового диапазона на морской поверхности при малых углах скольжения и разработка методики измерений и обработки данных, позволяющей получать наиболее полную информацию об энергонесущем волнении в открытом море, с борта судна.

4. Исследование физических механизмов и оценка пределов применимости моделей обратного рассеяния сантиметровых волн на поверхности океана.

5. Исследование динамических характеристик высокочастотных составляющих спектра поверхностного волнения, которые оказывают определяющее влияние на рассеяние сантиметровых радиоволн и вносят значительный вклад в динамические процессы на поверхности океана.

НОВИЗНА РАБОТЫ определяется разработанными методиками измерений и обработки данных, а также интерпретацией полученных результатов в рамках нового направления (СВЧ-радиофизический мониторинг поверхности океана и приводного слоя атмосферы).

ДОСТОВЕРНОСТЬ полученных результатов определяется сопоставлением данных, полученных различными экспериментальными методами и согласием экспериментальных результатов с модельными теоретическими расчетами.

ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ

В дисс^гртационной работе представлены результаты комплексных исследований распространения и рассеяния электромагнитных волн сантиметрового диапазона в приводном слое атмосферы над поверхностью океана:

1. Исс~-х.-довано влияние рефракции на пространственную структуру радиолокационных отражений от морской поверхности, в частности при полноводном распространении в загоризонтной области. Покачана возможность разделить влияние рефракции и рассеяния при скользя щем распространении радиоволн над морской поверхностью. Подкаченные экспериментальные данные согласуются с модельными теоретическими расчетами.

2. Теоретически обоснован и численно реализован метод оценки высстного профиля индекса рефракции приводного слоя атмосферы по пространственному (вдоль поверхности) поведению электтггюмагнитного поля. На его основе разработана и опробирована методика радиозондирования, позволяющая в натурных условиях, в реальном времени оценить условия распространения радиоволн при свер-рефракции и профиль приповерхностного волновода испарения.

3. Исследовано влияние энергонесущего поверхностного волнения на струиттуру радиолокационных отражений при скользящих углах. Разработана методика измерений и обработки данных, позволяющая с бортх судна оценить основные параметры крупномасштабного волнения: спектральный состав, анизотропию, динамические характеристики.

4. Разработана оригинальная экспериментальная методика когерентного (доп.- -еровского) зондирования поверхности океана, позволяющая в напл- чьIX условиях исследовать физические механизмы и оцепить при4- .-нимость теоретических моделей обратного рассеяния сайт метровых электромагнитных волн. Показано, что предлагаемые

методы обработки данных позволяют с высоким разрешением, в реальном времени получить информацию о динамических характеристиках мелкомасштабного поверхностного волнения, что трудновыполнимо традиционными методами в открытом море.

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ:

XVI Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Харьков,

1990.

Всесоюзный семинар "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах", Смоленск, 1992.

П-я Всероссийская конференция "Динамика нелинейных дискретных и электронных систем", Чебоксары, 1997. IEEE Symp/AP- 91, 1991, Canada, URSI meeting, Ontario,Canada,1991. URSI-Symp on EM Theory, 1992, Australia, ISAP-92, Japan, 1992.

SPIE's Aerospace Sensing International Symp., USA, 1992, Orlando. ICO Topical Meeting on Atmospheric, Volume, Scattering and Propagation, Italy, 1991.

XXIV General Assembly of the URSI, Japan, 1993. ISAP-96, China, 1996.

Отдельные части работы докладывались на семинарах ИФА , ИПФАН, МГУ, ИНГУ.

ЛИЧНЫЙ ВКЛАД АВТОРА

В совместных работах автору принадлежит постановка задач, руководство экспериментальными исследованиями и нтерпретация результатов. Исключение составляют спутниковые радионаблмдения, где автору принадлежит только интерпретация результатов Численные расчеты в задачах

тропосферного распространения радиоволн осуществлял K.I3.Кошель. Общей организацией и координацией комплексных экспедиционных работ руководил Б.М.Шевцов. В них принимали участие А.С.Гурвич, С.С.Кашкаров, К.П.Гайкович, В.К.Иванов, В.Д.Фрейдлихер, А.Н.Богатуров, А.С.Смирнов, С.Н.Кривоножкин, и С.С.Кошель (спутниковые и радиометеорологические наблюдения), К.В. Кошель, А.В.Волков, А.А.Шишкарев, К.В.Латышев (радиолокационные измерения), А.Р.Глинер, Д.В.Шанников, К.Г. Кобяков, О.Б.Утробин (радиометрические измерения), A.C. Гаврилов (метеорология).

Представленные в диссертации экспериментальные результаты получены в натурных условиях с борта научно-исследовательских судов (НИС) "Академик А. Виноградов" и "Академик А. Несмеянов". Исследования проводились в рамках научных экспедиций Тихоокеанского океанологического института ДВО РАН в период с 1988 по 1993 гг., в различных районах Тихого океана.

Тема диссертационной работы соответствует одному из направлений работы ТОЙ ДВО РАН по развитию методов и средств дистанционного зондирования океана и атмосферы, а результаты, изложенные в ней, получены при выполнении тематических планов и госпрограмм ТОЙ ДВО РАН: программа "ОКЕАН"- проект "Вестпак", хоздоговорные тематики "Транзит -ТОЙ", "Бриз" "Морминал-ТОИ", проекты Российского фонда фундаментальных исследований NN92-02-15900, 94-05-016660, 97-05-64735.

СТРУКТУРА И ОБЪЕМ ДИССЕРТАЦИИ

Диссертация состоит из введения, шести глав и заключения. Объем работы составляет 203 страницы, в том числе 46 рисунков, 1 таблица и библиография из 156 наименований, включая 28 авторских публикаций.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во ВВЕДЕНИИ обоснованы актуальность и практическое значение работы, сформулированы цели и задачи исследований.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ «РАСПРОСТРАНЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН НА ГРАНИЦЕ ОКЕАН-АТМОСФЕРА» рассмотрены основные теоретические модели и дан краткий обзор экспериментальных исследований в области распространения СВЧ радиоволн над морской поверхностью и радиозондирования поверхности океана.

Поскольку работа посвящена экспериментальным радиофизическим исследованиям в открытом море с борта судна, на распространение радиоволн сантиметрового диапазона определяющее влияние оказывает рефракция в приводном слое атмосферы и рассеяние на взволнованной поверхности. Анализу состояния исследований в этой области и посвящен первый параграф главы.

Рефракция радиоволн в приводном слое атмосферы и канализация энергии в волноводах приводят не только к изменению дальности радиогоризонта и загоризонтному распространению, но и увеличивает влияние поверхности, на -которой радиоволны испытывают многократное рассеяние.-При-этом"захват" электромагнитного излучения в тропосферный волновод может быть обусловлен не только регулярной рефракцией, но и рассеянием на слоистых флуктуациях показателя преломления. Модели тропосферного распространения радиоволн достаточно хорошо разработаны, но одновременный учет всех влияющих факторов оказывается затруднительным, прежде всего из-за рассеяния на взволнованной морской поверхности. В задачах распространения радиоволн поверхностное волнения учитывается, в большинстве случаев, в лучевом приближении в рамках метода Кирхгофа или теории возмущений, а параболическом приближении, при скользящем распространении, расчеты производятся в приближении малых наклонов поверхности. В натурных экспериментах эти приближения не выполняются, поскольку поверхностное волнение анизотропно, в нем присутствуют неровности всех масштабов и уклоны поверхностного морского волнения оказываются достаточно большими. В этих условиях особое значение приобретают комплексные исследования распространения радиоволн с параллельными метеорологическими измерениями.

Второй параграф главы посвящен краткому анализу моделей поверхностного волнения и состоянию экспериментальных исследований в этой области. Основное внимание уделяется методам измерений динамических характеристик поверхности в открытом океане.

Динамика крупномасштабного энергонесущего волнения достаточно хорошо изучена и адекватно описывается известными теоретическими моделями. Наиболее сложным для описания оказывается волнение промежуточного и мелкого масштаба, которое с одной стороны вносит значительный вклад в рассеяние радиоволн, с другой стороны - значительно шшяет на турбулентное движение и процессы переноса в поверхностном слое океана. При длительной истории исследований в этой области, большом количестве теоретических моделей, и экспериментальном моделировании в лабораторных условиях, исследования волнения этого масштаба в открытом море затруднительны. Прежде всего - из-за необходимости неподвижности точки измерений.

Во ВТОРОЙ ГАВЕ «МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕФРАКЦИИ РАДИОВОЛН В ПРИВОДНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ» приводятся результаты теоретического анализа и численного моделирования рефракции радиоволн СВЧ и УК диапазонов при распространении над поверхностью океана. Рассматривается скользящее распространение радиоволн при небольших высотах корреспондентов, то есть в условиях, когда применимо параболическое приближение в теории дифракции.

Анализ проводится в приближении слоистой атмосферы с импедансными граничными условиями на поверхности. Такой подход вполне оправдан, поскольку сравнение теоретических расчетов с экспериментальными данными проводились на достаточно коротких расстояниях - несколько десятков километров. На таких расстояниях, в открытом океане, атмосфера достаточно однородна в горизонтальной плоскости (вдоль поверхности ).

Использовалось параболическое уравнение в теории В.А.Фока, решение которого может быть представлено в виде контурного интеграла, а его

вычисление, в свою очередь, может проводиться в пределах прямой видимости -по методу стационарной фазы, в загоризонтной области - в виде ряда по нормальным волнам, а в области полутени (вблизи радиогоризонта) - численно. Для решения параболического уравнения в работе использовалась идеология метода инвариантного погружения, который позволяет свести краевую задачу к задаче с начальными условиями и реализовать эффективные численные алгоритмы.

В главе, состоящей из четырех параграфов, приводятся постановка, решение задачи и результаты численного моделирования, как в зоне прямой видимости, так и в загоризонтной области, когда в приводном слое существует волновод испарения. Показано, что влияние рефракции в приводном слое атмосферы приводит к значительным изменениям волнового поля сантиметрового диапазона в загоризонтной области и области полутени. Эти изменения и сопоставляются с экспериментальными данными в следующей главе диссертации.

В ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ «ВЛИЯНИЕ РЕФРАКЦИИ НА РАДИОЛОКАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ ОТ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ» приводятся результаты, полученные при исследовании влияния рефракции в атмосфере на структуру радиолокационных отражений от морской поверхности.

Структура радиолокационных сигналов, рассеянных морской поверхностью, позволяет получить информацию о параметрах волнения, о скорости и направлении ветра. С другой стороны изменение условий распространения, в частности, рефракции в приводном слое атмосферы приводят к пространственным изменениям уровня радиолокационных сигналов на достаточно больших расстояниях от точки наблюдения. Использование радиолокационных сигналов, рассеянных на морской поверхности, для изучения рефракции радиоволн имеет то преимущество, что не требует двух разнесенных корреспондентов для измерения пространственных характеристик электромагнитного поля. Аномальная рефракция, в частности, наличие волновода испарения, приводят к увеличению дальности радиолокационного

обзора и соответствующему росту радиолокационных отражений от морской поверхности из загорнзонтной области.

В первом параграфе приводится методика комплексных метеорологических и радиолокационных измерений. Проводилось двухчастотное радиолокационное зондирование на длинах волн 3 и 10 см. Оцифровка радиолокационных сигналов осуществлялась с частотой до 20 МГц, что позволяет получить высокое пространственное разрешение.

Основным механизмом обратного рассеяния радиоволн поверхностью моря считается резонансное брегговское рассеяние. В СВЧ-диапазоне радиоволн обратное рассеяние формируется преимущественно на мелкой ряби, а энергонесущее волнение (ветровые волны, зыбь) приводит к модуляции радиолокационного сигнала. Кроме того, крупномасштабное волнение приводит к изменению статистического распределения амплитуды радиолокационных отражений, в частности, его отклонения от релеевского распределения. Этот эффект особенно проявляется при скользящем распространении радиоволн, когда углы скольжения сравнимы с характерными уклонами крупномасштабных неровностей поверхности. Поэтому, для выделения характеристик радиолокационных отражений, которые определяются рефракцией в атмосфере, кроме метеорологических измерений профиля индекса рефракции, необходим анализ структуры радиолокационных сигналов и оценка некоторых пространственных масштабов. Этому посвящен второй параграф.

В третьем параграфе на основе сравнения экспериментальных данных с модельными теоретическими расчетами рассматривается связь измеренной пространственной структуры радиолокационных отражений с функцией ослабления радиоволн, которая определяется рефракцией. Показано, что уровень радиолокационных отражений непосредственно связан с высотным профилем индекса рефракции и получено хорошее согласие экспериментальных и теоретических данных. При этом эффекты, связанные с рефракцией и канализацией излучения в волноводе испарения, проявляются по разному для длин волн 3 и 10 см, что позволяет делать более достоверные выводы на основе

относительных измерений. Обнаружено, что наличие волновода испарения приводит к уменьшению уровня радиолокационных отражений на длине волны Зсм в области радиогоризонта и показана возможность выделения квазипериодической затухающей структуры радиолокационных отражений в загоризонтной области, которая связана с интерференцией между «захваченными» в волновод модами.

ЧЕТВЕРТАЯ ГЛАВА «ОЦЕНКА ВЫСОТНОГО ПРОФИЛЯ ИНДЕКСА РЕФРАКЦИИ ПО СТРУКТУРЕ РАДИОСИГНАЛОВ» посвящена использованию приближенного метода восстановления профиля индекса рефракции, который не может претендовать на математическую строгость, но, в силу своей простоты, позволяет получить некоторую информацию из экспериментальных данных. При определении характеристик радиоволноводов, когда измерения проводятся в направлении на горизонт, обратная задача должна - рассматриваться в рамках дифракционного подхода. В первом параграфе показана возможность решения обратной задачи рефракции по спектру нормальных волн, "захваченных" в тропосферный волновод. Высотный профиль индекса рефракции атмосферы восстанавливается по спектру нормальных волн в ВКБ-приближении. При этом использован тот факт, что дисперсионное соотношение для комплексных постоянных распространения, аналогичное правилу квантования Бора-Зоммерфельда в квантовой механике и формально справедливое для большого числа N мод, оказывается применимо при N>2. Относительная погрешность восстановления профиля тропосферного волновода не превышает 8%.

Второй параграф посвящен возможности получения собственных значений мод из экспериментальных данных, что представляется сложной задачей, решить которую удается только в редких случаях. Как и для решения обратной задачи рефракции в геометрооптическом приближении это требует точных фазовых измерений, возможных в акустике океана, но трудно реализуемых для радиоволн УКВ и СВЧ диапазонов. Рассмотрена возможность получения соотношений между собственными значениями мод в тропосферном

волноводе по пространственному амплитудному поведению радиосигналов с использованием интерференционных биений между «захваченными» в волновод модами (без фазовых измерений). На основе теоретического анализа и численного тестирования предложенного алгоритма разработана методика оценки условий распространения радиоволн сантиметрового диапазона при сверхрефракции,^когда в приводном слое атмосферы существует волновод испарения.

Метод использован для обработки экспериментальных данных -восстановления волновода испарения по пространственной структуре радиолокационных отражений от поверхности моря в загоризонтной области. Реализованная методика измерений и обработки данных позволяет простыми средствами (некогерентный навигационный радиолокатор), в реальном времени (несколько минут) оценить профиль индекса рефракции приводного слоя

атмосферы__Начиная_с_2-х_мод,—«захваченных»- в волновод, относительная---

погрешность не превышала 10%.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ «ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭНЕРГОНЕСУЩЕГО ВОЛНЕНИЯ ПО ДАННЫМ РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ» приводятся результаты комплексных радиофизических исследований крупномасштабного энергонесущего волнения на поверхности океана. Основу экспериментальных данных составляет анализ радиолокационного СВЧ рассеяния поверхностью при малых углах скольжения. Параллельно с радиолокационными измерениями проводился контроль состояния морской поверхности путем радиометрических измерений ее теплового излучения. Исследования пространственной и временной структуры некогерентного радиолокационного сигнала показали, что его статистические свойства и спектральные характеристики определяются, в основном, крупномасштабным волнением и зависят от азимутальной расходимости облучаемой области. Реализованная методика измерений и обработки данных позволяет получить достаточно полную информацию об анизотропном энергонесущем волнении: оценить его спектр, размеры и групповую скорость цуга длинных волн;

интерпретировать некоторые особенности радиолокационного рассеяния сантиметровых радиоволн при малых углах скольжения.

В последнем параграфе четвертой главы приводится интерпретация некоторых результатов, полученных при экспериментальных исследованиях спутниковых УКВ-радиосигналов при радионаблюдениях спутников с борта судна в направлении на горизонт. Показано, что энергонесущее волнение на поверхности океана оказывает значительное влияние на структуру сигналов наряду с рефракцией а атмосфере.

В ШЕСТОЙ ГЛАВЕ «ДОПЛЕРОВСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА» приводятся методика и результаты доплеровских измерений параметров ветрового волнения. Степень новизны экспериментальных исследований определяется уникальным судовым доплеровским комплексом (несущая частота 20ГГц), позволяющим разрешить-частотные-сдвиги в десятки Гц, соответствующие брегговскому рассеянию на ряби. Фазовые измерения вместе с детальной оцифровкой и обработкой сигналов доплеровского зондирования поверхности океана позволяют выделить связи между различными характеристиками рассеянного излучения и проанализировать физические механизмы обратного рассеяния. В частности - оценить условия применимости модели обратного рассеяния, основанной на расчетах в рамках теории возмущений на двухмасштабной поверхности.

В первом параграфе описаны методика измерений и обработки данных. Выделение доплеровских частотных сдвигов на резонансной ряби позволяет получить "мгновенные" значения наклона и скорости элементов поверхности, построить ее высотный профиль.

Во втором параграфе на основе сравнения экспериментальных данных с теоретическими расчетами рассматривается зависимость интенсивности обратного рассеяния и ее дисперсии от локального уклона поверхности. Анализируются пределы применимости двухмасштабной модели поверхности и

дается интерпретация некоторым закономерностям, связанным с модуляцией мелкомасштабного волнения и аномальными механизмами обратного рассеяния.

В третьем параграфе показана возможность восстановления профиля морской поверхности и получения спектра волнения с частотой до 2 Гц (характерный масштаб примерно 0.5м). Данные позволяют проследить нелинейную трансформацию ветровых волн с учетом дисперсионных соотношений. Это требует пространственно-временных корреляционных измерений и трудновыполнимо традиционными методами в открытом море. Предлагаются критерии оперативной (несколько минут) оценки степени развития волнения и обсуждаются возможности дистанционного контроля динамических характеристик морской поверхности. Исследованы некоторые особенности нелинейной динамики ветровых волн метрового масштаба, в частности, их дисперсионные характеристики, которые во многом определяются нелинейной модуляцией энергонесущим волнением.

Четвертый параграф посвяшен исследованию неоднородности мелкомасштабного поверхностного волнения. Показано, что методика позволяет в натурных условиях оценить неоднородность ряби с разрешением не ниже единиц метров, получить пространственно-временные корреляционные характеристики гравитационных поверхностных волн промежуточного масштаба и исследовать особенности сильнонелинейных ветровых волн. В частности -развитие неустойчивости, модуляцию коротковолновых составляющих и дрейфа на склонах энергонесущего волнения при обрушении гребня.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ сформулированы основные результаты и выводы.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Исследована структура радиолокационных отражений от морской

попер-........ в '»"части радиогоризонта и в загоризонтной области Покм......

что в условиях сверхрефракции профиль индекса преломления атмосферы

оказывает определяющее влияние на пространственную структуру радиолокационных сигналов, рассеянных на морской поверхности.

2. Сравнение экспериментальных данных с расчетной функцией ослабления электромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что, начитая с некоторого расстояния, пространственное поведение радиолокационных отражений согласуется с функцией ослабления.

3. Показана возможность использования ВКБ-приближения для восстановления профиля тропосферных волноводов по комплексным значениям постоянных распространения «захваченных» в волновод двух и более мод.

4. Разработан численный алгоритм получения спектра нормальных волн в тропосферном волноводе по пространственному поведению функции ослабления.

5. Полученные результаты позволили реализовать экспериментальную методику измерений и обработки данных, которая дает возможность простыми средствами (некогерентный радиолокатор) в реальном времени (несколько минут, необходимых для усреднения радиолокационных отражений) восстанавливать профиль волновода испарения и оценить условия распространения радиоволн при сверхрефракции.

6. Реализована методика цифровой обработки данных некогерентного радиолокационного зондирования поверхности с борта судна. Анализ пространственно-временной структуры скользящего радиолокационного рассеяния на морской поверхности показал, что его статистические свойства и спектральные характеристики определяются, в основном, анизотропным крупномасштабным волнением и зависят от азимутальной расходимости излучения.

7. Экспериментальные данные позволяют выделить спектры энергонесущих волн и оценить азимутальную анизотропию волнения. При анализе тонкой структуры пространственных спетроп радиолокационного сигиала наблюдался эффект «детектирования» предложена его качественная интерпретация.

8. Предложена и реализована методика пространственно-временной корреляционной обработки некогерентного радиолокационного сигнала, которая позволяет получит информацию о динамических характеристиках энергонесущего волнения.

9. В натурных условиях реализована экспериментальная методика исследования доплеровского спектра радиолокационного сигнала частотой 20 ГГц (длина волны 1.5см), рассеянного на морской поверхности. Фазовые измерения вместе с детальной оцифровкой сигнала позволяют получить ряд динамических характеристик поверхности с учетом дисперсионных соотношений. Аналогичные данные получают при комплексных исследованиях с неподвижной морской платформы. Поскольку обработка данных может проводиться в реальном времени, методика удобна при комплексных исследованиях поверхностных явлений и не требует абсолютной неподвижности точки измерений.

10. Полученные для ветрового волнения экспериментальные данные качественно сопоставимы с модельными расчетами и согласуются с известными результатами. Поскольку данные содержат практически полную информацию об одномерной динамике поверхности, они позволяют, по-видимому, оценить и более тонкие эффекты, связанные, в частности с развитием поверхностного дрейфа и турбулентности. Соответствующие методики и теоретические модели интенсивно развиваются в последние годы в лабораторных условиях. Методика основана на относительных измерениях параметров волнения, что позволяет получит необходимые данные за короткое время. Это исключает методические ошибки, связанные с изменением метеоусловий.

11. Показана возможность в натурных условиях построить зависимость интенсивности обратного рассеяния и ее дисперсии от локального уклона морской поверхности. Полученные для ветрового волнения экспериментальные данные качественно сопоставимы с модельными расчетами в рамках теории возмущений на двухмасштабной поверхности.

12. Предложенная методика доплеровских измерений и обработки сигналов позволяет оценить динамику коротких гравитационных волн и неоднородность гравитационно-капиллярной ряби, что трудно осуществимо традиционными методами в открытом море. В частности, на склонах крупномасштабных ветровых волн наблюдались квазипериодичсские поверхностные структуры метрового масштаба, распространяющиеся со скоростью, близкой к скорости энергонесущей волны.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

1. Волков A.B., Кошель К.В., Латышев КВ., Славутский Л.А., Шевцов Б. М, Шишкарев А. А. Использование радиолокационных отражений от морской поверхности для изучения рефракции радиоволн //Тр. 16-й Всесоюзной конференции по распространению радиоволн, Тезисы докладов, 4.2, Харьков, 1990, С-.68 ------------------

2. Волков A.B., Славутский Л.А., LUeetjoe Б. М. Низкочастотные составляющие в пространственном спектре радиолокационных отражений от морской поверхности //Тр. 16-й Всесоюзной конференции по распространению радиоволн, Тезисы докладов, 4.2, Харьков, 1990, С.274

3. Волков A.B., Кривочожкин С.Н., Славутский Л.А., Шевцов Б. М. Влияние морского волнения на структуру спутниковых УКВ радиосигналов. // Изв.Вузов. Радиофизика. 1991. Т. 34, N 1. С.89

4. Волков A.N., Кошель КВ., Латышев КВ., Славутский Л. А., Шевцов Б. М, Шишкарев А. А. Пространственная структура радиолокационных отражений от морской поверхности в условиях сверхрефракции // Изв. вузов. Радиофизика. 1990. Т. 33, N 12. С.1423.

5. Волков A.B., Кошель КВ., Латышев КВ., Славутский Л. А., Шевцов Б. М, Шишкарев А. А. Влияние рефракции на структуру радиолокационных отражений от морской поверхности //Р и Э, 1991. Т. 36, N 7. С. 1233-1237.

6. Волков A.B., Славутский Л.А., Шевцов Б.М. Определение параметров энергонесущего морского волнения по СВЧ радиолокационному рассеянию// Океанология, 1992, т. 32, N 5, с. 959-965

7. Волков A.B., Латышев К.В., Славутский Л.А., Шевцов Б. М., Шшикарев А. А. Восстановление характеристик тропосферного волновода по пространственному ослаблению радиосигналов: теория и эксперимент// Изв. АН СССР. ФЛО. 1991. Т. 27, N 8. С.825-829.

-8. Волков A.B., Славутский Л.А., Шевцов Б.М. Пространственный спектр радиолокационного сигнала при скользящем распространении над морской поверхностыо.//Изв. вузов. Радиофизика. 1991. Т. 34, N 3, С.325-327

9. Кошель КВ., Славутский Л.А., Шевцов Б.М. Распространение УК и СВЧ радиоволн над морем// Владивосток: Дальнаука, 1993,160с.

Ю.Латышев КВ., Славутский Л.А. Восстановление профилей тропосферных волноводов по пространственному ослаблению радиоволн// Тр. 16-й Всесоюз. конф. по распространению радиоволн. Харьков, 1990, ч.1, с. 24

11 .Латышев КВ., Л. А.Славутский. Восстановление профиля открытого волновода по спектру нормальных волн// Изв. Вузов. Радиофизика. 1991. Т.34, N4. С.476-480.

12. Славутский Л. А. ВКБ-приближение в обратной задаче рефракции радиоволн//Научно-технический семинар "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах", Тез. докл., Москва, 1992, С.55-57.

13. Славутский Л.А. Доплеровский спектр обратного рассеяния морской поверхностью на частоте 20ГГц.// Р и Э, 1993, в. 12, С.2190-2193

14 .Славутский Л. А., Волков А. В. СВЧ- радиолокационное рассеяние на морской поверхности: тонкая структура доплеровского спектра// Научно-технический семинар "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах", Тсз.докл , Москва, 1(>92, С 30-32.

Славутский Л.А. Угловая зависимость радиолокационного рассеяния на морской поверхности в сантиметровом диапазоне.//Изв.ВУЗов, Радиофизика,

1996, т.39, N5,С.538

16. Славутский Л.А. Нелинейная генерация гармоник на склонах ветровых волн.//Докл. АН, 1996, T.351,N3,C.398.

17 .Славутский Л.А. Проблемы цифровой обработки сигналов при радиофизическом мониторинге окружающей среды. // Материалы 2-й Bcepi -сийской конф. «Динамика нелинейных дискретных и электронных систем», Чебоксары, 1997, С.24-26.

18. Славутский Л.А. Обратное рассеяние электромагнитных волн на водной повср .пости: динамические характеристики.// Весник Чувашского ун-та,

1997, .1, С.65-75.

19. Volko1 А. V, Koshel К. К, Latyshev К. V, Slavutsky L.A., Shevtsov В.М., Shishkarev A. A. Rcconstraction of-evaporation duct profile from spatial structure-of the radar backsc.uter from the sea surface//IEEE Symp/AP- 91, Digest, v.2, 1991, Canada, p. 1024-1027.

20. Volkov A. V., Slavutsky L.A., Shevtsov В. M. Spatial modulation of the radar set. return by large-scale waves.// IEEE/АР - Symp., Digest, 1991, Canada, v.3, p.1796-1799

21. Slavutsky L.A., Volkov A.V. Statistical properties of the SHF radar sea return: fine structure of temporal and spatial spectra.// ISAP proc., Japan, 1992, p.43.

22.Slavutsky L.A. WKB - approximation for inverse problem of radiowaves refraction// URSI-S on EMTheoiy proc., 1992, Australia, p.404-407

23.Kosha K.V., Slavutsky L.A., Shevtsov B.M., Shishkarev A.A. Spatial structure of radar :>ea return: Influence of refraction// Proceedings of Aerospace Sensing International Symposium and Exhibition on Optical Engineering, USA, 1992, Orland i, p.23 (1688-71)

24. Volkov A. V., Koshel К. V,.Latyshev К. V., Slavutsky L. A., et. al. Reconstraction of evaporation duct profile from spatial structure of the radar backscatter from the sea

surface//Proceedings of Topical Meeting on Atmospheric, Volume and Scattering and Propagation, Italy, 1991, p. 433-436.

25. Slavutsky L.A. WKB: approximation for inverse problem of radiowaves refraction// SPIE's Aerospase Sensings Symp., 1992, Orlando, USA, Programs, p.14 (1688-69)

26. Volkov A. V., Slavutsky L.A. Statistical properties of the SHF radar sea return//SPIE's Aerospase Sensings Symp., 1992, Orlando, USA, p.13 (1688-30)

27. Volkov A. V., Slavutsky L.A., Shevtsov B. M. Spatial modulation of the radar sea return by large-scale waves.// Proceedings of Topical Meeting on Atmospheric, Volume and Scattering and Propagation, Italy, 1991, p.517-520.

28. Slavutsky L.A. Radar sea return near grazing: The connection between sea state and tropospheric propogation.// XXIV General Assembly of the URSI, Japan, 1993, p.41.

СЛАВУТСКИЙ Леонид Анатольевич

РАДИОЗОНДИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА И ПРИВОДНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ В САНТИМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ

(специальность 11.00.08 - океанология)

Автореферат

диссертации на соискание учёной степени доктора физико-математических наук

Утверждено к печати Учёным советом ТОЙ ДВО РАН

Подписано к печати 22.09.98 г. Формат 60x84/16 Печать офсетная. Уч.-изд. л. 0,8. Тираж 100 экз. Заказ № 4. Отпечатано в ОНТИ ТОЙ ДВО РАН. 690041, Владивосток, ул. Балтийская, 43.

Содержание диссертации, доктора физико-математических наук, Славутский, Леонид Анатольевич

Введение

Глава 1. РАСПРОСТРАНЕНИЕ И РАССЕЯНИЕ РАДИОВОЛН НА ГРАНИЦЕ ОКЕАН-АТМОСФЕРА

1.1 Распространение СВЧ и УК радиоволн и радиометеорологические измерения над морем.

1.2 Динамические характеристики поверхностного волнения и обратное рассеяние электромагнитных волн.

Глава 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕФРАКЦИИ РАДИОВОЛН В ПРИВОДНОМ СЛОЕ АТМОСФЕРЫ

2.1 Постановка задачи

2.2 Рефракция в загоризонтной области. Метод нормальных волн.

2.3 Загоризонтное распространение УКВ и СВЧ в поверхностных волноводах.

2.4 Влияние волновода испарения на распространение УКВ и СВЧ в области прямой видимости и полутени.

Глава 3. ВЛИЯНИЕ РЕФРАКЦИИ НА РАДИОЛОКАЦИОННОЕ РАССЕЯНИЕ ОТ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

3.1 Метеорологические измерения

3.2 Методика радиолокационных измерений

3.3 Пространственная структура радиолокационных отражений в условиях сверхрефракции

Глава 4. ОЦЕНКА ВЫСОТНОГО ПРОФИЛЯ ИНДЕКСА РЕФРАКЦИИ ПО СТРУКТУРЕ РАДИОСИГНАЛОВ

4.1. Использование ВКБ-приближения для восстановления профиля тропосферных волноводов

4.2 Восстановление волновода испарения по пространственной структуре радиолокационных сигналов

Глава 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЭНЕРГОНЕСУЩЕГО ВОЛНЕНИЯ ПО ДАННЫМ РАДИОЗОНДИРОВАНИЯ

5.1 Методика радиозондирования поверхности

5.2 Пространственные спектры и анизотропия энергонесущего волнения

5.3 Реконструкция пространственно-временной структуры океанской зыби по СВЧ-радиолокационному рассеянию

5.4 Влияние энергонесущего волнения на структуру спутниковых радиосигналов

Глава 6. ДОПЛЕРОВСКИЕ ИЗМЕРЕНИЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

ХАРАКТЕРИСТИК ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА

6.1 Судовой доплеровский комплекс и методы обработки сигналов

6.2 Угловая зависимость обратного рассеяния

6.3 Спектры и нелинейная динамика волнения

6.4 Модуляция коротковолновых составляющих волнения

Введение Диссертация по географии, на тему "Радиозондирование поверхности океана и приводного слоя атмосферы в сантиметровом диапазоне"

Исследования распространения радиоволн сантиметрового диапазона в приводном слое атмосферы и их рассеяния на морской поверхности ведутся достаточно давно и интенсивно. Этим вопросам посвящена обширная литература. Необходимость таких исследований двухсторонняя: с одной стороны - это прямые задачи (моделирование волновых полей) для радиосвязи, радиолокации, радионавигации; с другой стороны - обратные задачи (восстановление параметров среды по волновому полю) для радиометеорологии, мониторинга окружающей среды, экологии. В последние годы бурно развиваются радиофизические методы, позволяющие получать информацию о состоянии атмосферы и поверхности океана из космоса, с искусственных спутников Земли.

Кроме дистанционных радиофизических методов для зондирования поверхности океана и приводного слоя атмосферы применяется множество параллельных методов - оптических, акустических, контактных. Для построения адекватных моделей распространения и рассеяния электромагнитных волн над морской поверхностью с одной стороны возникает необходимость комплексных измерений (с использованием различных экспериментальных методик) для сопоставления результатов, с другой стороны - требуются достаточно дешевые радиофизические методы, позволяющие проводить мониторинг процессов на границе океан-атмосфера в режиме реального времени. Развитию именно таких методов и посвящена настоящая работа.

Из-за большого числа факторов, оказывающих влияние на распространение радиоволн, и которые невозможно учесть одновременно, теоретические модели часто неадекватно описывают происходящие процессы. При экспериментальных исследованиях в натурных условиях возникают дополнительные проблемы, связанные с изменением метеоусловий. Все задачи, возникающие при анализе радиосигналов - статистические, требующие большого времени для обработки и усреднения данных. Поэтому оказывается важным производить измерения и обработку сигналов в режиме реального времени.

Для решения обратных задач рассеяния и рефракции радиоволн в последние годы разработан ряд достаточно эффективных методов, но они требуют регуляризации решений (априорной информации) и, что оказывается особенно важно, определенной точности измерений, которую зачастую невозможно обеспечить. Кроме того, они не учитывают всех влияющих факторов. Поэтому развитие методов статистической обработки и оценки отдельных факторов, определяющих вклад в случайные и регулярные составляющие радиосигналов при распространении радиоволн представляется крайне актуальным.

Для зондирования водной поверхности разработаны и успешно применяются множество дистанционных методов - от зондирования энергонесущего волнения в декаметровом (КВ) диапазоне до лазерного зондирования гравитационно-капиллярной ряби. При этом радиолокационное зондирование в КВ-диапазоне несет информацию об анизотропии крупномасштабного волнения (зыбь и длинные ветровые волны). Лазерное зондирование поверхности позволяет получить информацию о мелкомасштабном волнении, но требует неподвижности точки измерений. Сложности при двумерном пространственном сканировании и обработке изображений приводят к трудностям получения информации об анизотропии мелкомасштабного волнения.

В результате и тот и другой методы несут мало информации о волнении промежуточного масштаба и динамике волнения. В этом промежуточном интервале поверхностных волн наиболее сильно проявляются нелинейные эффекты и волнение имеет максимально крутые уклоны. Поверхностные волны этого диапазона (единицы метров) дают наибольший вклад в модуляцию сигналов при рассеянии сантиметровых электромагнитных волн. Для поверхностных волн этого диапазона до сих пор не разработано адекватных геофизических моделей, поскольку для него высокая нелинейность сочетается с влиянием энергонесущего волнения. Для получения максимально полной информации о динамических процессах на водной поверхности требуются пространственно-временные измерения, которые трудно реализовать в открытом море. Возникает необходимость исследовать дрейфовые и турбулентные составляющие скорости поверхности, влияющие на процессы переноса на поверхности океана, образование поверхностных пленок и сликов. Это обуславливает важность развития методик, позволяющих получать наиболее полную информацию о динамических характеристиках водной поверхности. Все вышеизложенное определяет актуальность и практическое значение работы

В ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЙ входила разработка экспериментальных методов , методик обработки данных, проверка моделей в натурных условиях (судовые измерения в открытом море), позволяющие получать информацию в реальном времени.

НОВИЗНА РАБОТЫ определяется разработанными методиками измерений и обработки данных в рамках нового направления (СВЧрадиофизический мониторинг поверхности океана и приводного слоя атмосферы)

СТРУКТУРА И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Работа состоит из введения, шести глав и заключения.

В ПЕРВОЙ ГЛАВЕ рассмотрены основные теоретические модели и дан краткий обзор экспериментальных исследований в области распространения СВЧ радиоволн над морской поверхностью и радиозондирования поверхности океана.

Динамика крупномасштабного энергонесущего волнения достаточно хорошо изучена и адекватно описывается известными теоретическими моделями. Наиболее сложным для описания оказывается волнение промежуточного и мелкого масштаба, которое с одной стороны вносит значительный вклад в рассеяние радиоволн, с другой стороны - значительно влияет на турбулентное движение и процессы переноса в поверхностном слое океана. При длительной истории исследований в этой области, большом количестве теоретических моделей, и экспериментальном моделировании в лабораторных условиях, исследования волнения этого масштаба в открытом море затруднительны. Прежде всего - из-за необходимости неподвижности точки измерений.

Во ВТОРОЙ ГАВЕ приводятся результаты теоретического анализа и численного моделирования рефракции радиоволн СВЧ и УК диапазонов при распространении в приводном слое атмосферы. Рассматривается скользящее распространение радиоволн при небольших высотах корреспондентов, то есть в условиях, когда применимо параболическое приближение в теории дифракции.

Анализ проводится в приближении слоистой атмосферы с импедансными граничными условиями на поверхности. Такой подход вполне оправдан, поскольку сравнение теоретических расчетов с экспериментальными данными проводились на достаточно коротких расстояниях - несколько десятков километров. На таких расстояниях, в открытом океане , атмосфера достаточно однородна в горизонтальной плоскости (вдоль поверхности).

Использовалось параболическое уравнение в теории В.А.Фока, решение которого может быть представлено в виде контурного интеграла, а его вычисление, в свою очередь, может проводиться в пределах прямой видимости -по методу стационарной фазы, в загоризонтной области - в виде ряда по нормальным волнам, а в области полутени (вблизи радиогоризонта) - численно. Для решения параболического уравнения в работе использовалась идеология метода инвариантного погружения, который позволяет свести краевую задачу к задаче с начальными условиями и реализовать эффективные численные алгоритмы.

В главе, состоящей из четырех параграфов приводятся постановка, решение задачи и результаты численного моделирования, как в зоне прямой видимости, так и в загоризонтной области, когда в приводном слое существует волновод испарения. Показано, что влияние рефракции в приводном слое атмосферы приводит к значительным изменениям волнового поля сантиметрового диапазона в загоризонтной области и области полутени. Эти изменения и сопоставляются с экспериментальными данными в следующей главе диссертации.

Во ТРЕТЬЕЙ ГЛАВЕ приводятся результаты, полученные при исследовании влияния рефракции в атмосфере на структуру радиолокационных отражений от морской поверхности.

Структура радиолокационных сигналов, рассеянных морской поверхностью, позволяет получить информацию о параметрах волнения, о скорости и направлении ветра. С другой стороны, изменение условий распространения, в частности, рефракции в приводном слое атмосферы приводят к пространственным изменениям уровня радиолокационных сигналов на достаточно больших расстояниях от точки наблюдения. Использование радиолокационных сигналов, рассеянных на морской поверхности, для изучения рефракции радиоволн имеет то преимущество, что не требует двух разнесенных корреспондентов для измерения пространственных характеристик электромагнитного поля. Аномальная рефракция, в частности, наличие волновода испарения, приводят к увеличению дальности радиолокационного обзора и соответствующему росту радиолокационных отражений от морской поверхности из загоризонтной области.

В главе приводится методика комплексных метеорологических и радиолокационных измерений. На основе сравнения экспериментальных данных с модельными теоретическими расчетами рассматривается связь измеренной пространственной структуры радиолокационных отражений с функцией ослабления радиоволн, которая определяется рефракцией. Показано, что уровень радиолокационных отражений непосредственно связан с высотным профилем индекса рефракции и получено хорошее согласие экспериментальных и теоретических данных.

В ЧЕТВЕРТОЙ ГЛАВЕ предлагается методика оценки условий распространения радиоволн сантиметрового диапазона при сверхрефракции, когда в приводном слое атмосферы существует волновод испарения. Показана возможность использования ВКБ-приближения для решения обратной задачи рефракции - восстановления профиля тропосферных волноводов по комплексному спектру нормальных волн. Метод использован для обработки экспериментальных данных - восстановления волновода испарения по пространственной структуре радиолокационных отражений от поверхности моря в загоризонтной области. Реализованная методика измерений и обработки данных позволяет простыми средствами (некогерентный навигационный радиолокатор), в реальном времени (несколько минут) оценить профиль индекса рефракции приводного слоя атмосферы.

В ПЯТОЙ ГЛАВЕ приводятся результаты комплексных радиофизических исследований крупномасштабного энергонесущего волнения на поверхности океана. Основу экспериментальных данных составляет анализ радиолокационного СВЧ рассеяния поверхностью при малых углах скольжения. Параллельно с радиолокационными измерениями проводился контроль состояния морской поверхности путем радиометрических измерений ее теплового излучения. Исследования пространственной и временной структуры некогерентного радиолокационного сигнала показали, что его статистические свойства и спектральные характеристики определяются, в основном, крупномасштабным волнением и зависят от азимутальной расходимости облучаемой области. Реализованная методика измерений и обработки данных позволяет получить достаточно полную информацию об анизотропном энергонесущем волнении: оценить его спектр, размеры и групповую скорость цуга длинных волн; интерпретировать некоторые особенности радиолокационного рассеяния сантиметровых радиоволн при малых углах скольжения.

В последнем параграфе пятой главы приводится интерпретация некоторых результатов, полученных при экспериментальных исследованиях спутниковых УКВ-радиосигналов при радионаблюдениях спутников с борта судна в направлении на горизонт. Показано, что энергонесущее волнение на поверхности океана оказывает значительное влияние на структуру сигналов наряду с рефракцией а атмосфере.

В ПГЕСТОЙ ГЛАВЕ приводятся методика и результаты доплеровских измерений параметров ветрового волнения. Степень новизны экспериментальных исследований определяется уникальным судовым доплеровским комплексом (несущая частота 20ГГц), позволяющим разрешить частотные сдвиги в единицы Гц, соответствующие брегговскому рассеянию на ряби. Фазовые измерения вместе с детальной оцифровкой и обработкой сигналов доплеровского зондирования поверхности океана позволяют получить "мгновенные" значения наклона и скорости элементов поверхности, исследовать особенности сильнонелинейных ветровых волн. В частности - развитие неустойчивости, модуляцию коротковолновых составляющих и дрейфа на склонах энергонесущего волнения при обрушении гребня.

Показано, что методика позволяет в натурных условиях оценить неоднородность ряби с разрешением не ниже единиц метров, получить пространственно-временные корреляционные характеристики гравитационных поверхностных волн промежуточного масштаба и оценить применимость двухмасштабной модели поверхности. Исследованы некоторые особенности нелинейной динамики ветровых волн метрового масштаба, в частности их дисперсионные характеристики, которые во многом определяются нелинейной модуляцией энергонесущим волнением и метеоусловиями.

В ЗАКЛЮЧЕНИИ сформулированы основные результаты и выводы.

Основные результаты опубликованы в работах [14-21, 67, 68, 87-92, 125, 140-143,147-151] и монографии [58].

АПРОБАЦИЯ РАБОТЫ:

XVI Всесоюзная конференция по распространению радиоволн. Харьков,

1990.

Всесоюзный семинар "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах", Смоленск, 1992.

П-я Всероссийская конференция "Динамика нелинейных дискретных и электронных систем", Чебоксары, 1997.

IEEE Symp/AP- 91, 1991, Canada,

URSI meeting, Ontario,Canada, 1991.

URSI-Symp on EM Theory, 1992, Australia,

ISAP-92, Japan, 1992.

SPIE's Aerospace Sensing International Symp., USA, 1992, Orlando.

ICO Topical Meeting on Atmospheric, Volume, Scattering and Propagation, Italy, 1991.

XXIV General Assembly of the URSI, Japan, 1993.

ISAP-96, China, 1996.

Отдельныечасти работы докладывались на <жминарах ИФ!& , ЙИЙЙЙЙ, МГУ,ИНГУ. ^ ^

В совместных работах автору-1-' задач, руководство экспериментальными исследованиями и интерпретация результатов. Исключение составляют спутниковые радионаблюдения, где автору принадлежит только интерпретация результатов. Численные расчеты в задачах тропосферного распространения радиоволн осуществлял К.В.Кошель. Общей организацией и координацией комплексных экспедиционных работ руководил Б.М.Шевцов. В них принимали участие А.С.Гурвич, С.С.Кашкаров, К.П.Гайкович, В.К.Иванов, В.Д.Фрейдлихер, А.Н.Богатуров, А.С.Смирнов, С.Н.Кривоножкин, и С.С.Кошель (спутниковые и радиометеорологические наблюдения), К.В. Кошель, А.В.Волков, А.А.Шишкарев, К.В.Латышев (радиолокационные измерения), А.Р.Глинер, Д.В.Шанников, К.Г. Кобяков, О.Б.Утробин (радиометрические измерения), А.С. Гаврилов (метеорология).

Заключение Диссертация по теме "Океанология", Славутский, Леонид Анатольевич

В заключение сформулируем основные результаты и выводы: 1. Исследована структура радиолокационных отражений от морской поверхности в ¡агоризонтной области. Показано, что в условиях сверхрефракции профиль индекса феломления атмосферы оказывает определяющее влияние на пространственную :труктуру радиолокационных сигналов, рассеянных на морской поверхности. !. Сравнение экспериментальных данных с расчетной функцией ослабления >лектромагнитных волн позволяет сделать вывод о том, что, начиная с некоторого >асстояния, пространственное поведение радиолокационных отражений от морской юверхности согласуется с функцией ослабления. Показана возможность использования ВКБ-приближения для восстановления фофиля тропосферных волноводов по комплексным значениям постоянных >аспространения «захваченных» в волновод двух и более мод. к Разработан численный алгоритм получения спектра нормальных волн в тропосферном юлноводе по пространственному поведению функции ослабления. Полученные результаты позволили реализовать экспериментальную методику вмерений и обработки данных, которая дает возможность простыми средствами некогерентный радиолокатор) в реальном времени (несколько минут, необходимых для /среднения радиолокационных отражений ) восстанавливать профиль волновода 1спарения и оценить условия распространения радиоволн при сверхрефракции.

7. Экспериментальные данные позволяют выделить спектры энергонесущих волн и оценить азимутальную анизотропию волнения. При анализе тонкой структуры пространственных спектров радиолокационного сигнала наблюдался эффект "детектирования", его количественные параметры согласуются с теоретическими моделями.

8. Предложена и реализована методика пространственно-временной корреляционной обработки некогерентного радиолокационного сигнала, которая позволяет получить информацию о динамических характеристиках энергонесущего волнения.

В натурных условиях реализована экспериментальная методика исследования юплеровского спектра радиолокационного сигнала частотой 20 ГГц (длина волны 1.5 ;м), рассеянного на морской поверхности. Фазовые измерения вместе с детальной шифровкой сигнала позволяют получить ряд динамических характеристик поверхности : учетом дисперсионных соотношений. Аналогичные данные получают при сомплексных исследованиях с неподвижной морской платформы. Поскольку обработка 1анных может проводиться в реальном времени, методика удобна при комплексных юследованиях поверхностных явлений и не требует абсолютной неподвижности точки 1змерений.

0. Полученные для ветрового волнения экспериментальные данные качественно опоставимы с модельными расчетами и согласуются с известными результатами, [оскольку данные содержат практически полную информацию об одномерной инамике поверхности, они позволяют, по-видимому, оценить и более тонкие эффекты, вязанные, в частности, с развитием поверхностного дрейфа и турбулентности. Соответствующие методики и теоретические модели интенсивно развиваются в оследние годы в лабораторных условиях . Методика основана на относительных змерениях параметров волнения, что позволяет получить необходимые данные за ороткое время . Это исключает методические ошибки, связанные с изменением етеоусловий.

1. Показана возможность в натурных условиях построить зависимость интенсивности братного рассеяния и ее дисперсии от локального наклона морской поверхности, [олученные для ветрового волнения экспериментальные данные качественно опоставимы с модельными расчетами в рамках теории возмущений на двухмасштабной оверхностй.

2. Предложенная методика доплеровских измерений и обработки сигналов позволяет ценить динамику коротких гравитационных волн и неоднородность гравитационно-апиллярной ряби, что трудно осуществимо традиционными методами в открытом море. частности, на склонах крупномасштабных ветровых волн наблюдались вазипериодические поверхностные структуры метрового масштаба, аспространяющиеся со скоростью, близкой к скорости энергонесущей волны.

Библиография Диссертация по географии, доктора физико-математических наук, Славутский, Леонид Анатольевич, Владивосток

1. Агранович З.С., Марченко В.А. Обратная задача теории рассеяния. Харьков: Изд-во Харьк. ун-та, 1.60.

2. Ахметьянов В.Р., Белокуров А.А., Пасмуров А.Я. и др. Модели закона распределения амплитуды отраженных от морской поверхности радиолокационных сигналов//Зарубеж. радиоэлектроника, 1985. N 1. С.40-55.

3. Бабич В.М., Булдырев B.C. Асимптотические методы в задачах дифракции коротких радиоволн. М.: Наука, 1972. 456 с.

4. Басович А.Я., Баханов В.В., Таланов В.И. Кинематическая модель трансформации спектров ветрового волнения внутренними волнами// В кн. Нелинейные волны. Структуры и Бифуркации. М.: Наука, 1987, с.345

5. Бенджамен Т.Б. Неустойчивость периодических цугов волн в нелинейных системах с дисперсией.// В кн: Нелинейная теория распространения волн.- М: Мир, 1970, с.83

6. Бич Б. Р., Дат тон Е. Дж. Радиометеорология.// Л: Гидрометеоиздат, 1971, 363с.

7. Бугров А.Г., Кляцкин В.И. Метод погружения в решении обратных волновых задач в :лоистых средах// Изв.ВУЗов, Радиофизика, 1989, Т.32, N3, с.321-330

8. Бугров А.Г., Кляцкин В.И., Шевцов Б.М. К теории распространения радиоволн над лорем//ДАН СССР. 1984. Т. 275, N6. С. 1372.

9. Бугров А-Г., Кляцкин В.И., Шевцов Б.М. К теории распространения коротких эадиоволн в сферически-симметричной атмосфере// Радиотехника и электроника. 1984. T.30,N4. С. 684.

10. Басе Ф.Г., Фукс И.М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.: "ов. радио, 1972. 424 с.

11. Баготуров А.Н., Гайковач К.П., Гурвич A.C. и др. О возможности определения отражающих слоев в тропосфере над морем по вариациям уровня радиосигналов ИСЗ// ДАН СССР. 1990. Т. 315, N 4. С. 830.

12. Виноградова М.Б. Руденко О.В. Сухорукое А.П. Теория волн. М.: Наука, 1979, 383 с.

13. Волков A.B., Глин ер А. Р., Кобяков К.Г. и др. Исследование радиояркостных характеристик атмосферы над морской поверхностью// Изв. вузов. Радиофизика. 1990. Г. 33, N 7. С. 880.

14. Волков A.B., Славутский Л.А., Шевцов Б. М. Низкочастотные составляющие в 1ространственном спектре радиолокационных отражений от морской поверхности /Тр. 16-й Всесоюзной конференции по распространению радиоволн, Тезисы юкладов, 4.2, Харьков, 1990, с.274

15. Волков A.B., Кривоножкин С.Н., Славу тс кий Л. А., Шевцов Б: М. Влияние морского юлнения на структуру спутниковых УКВ радиосигналов. // Изв.Вузов. Радиофизика. 991. Т. 34, N 1. С.89

16. Волков А.Н., Кошель КВ., Латышев КВ., Славутский Л. А., Шевцов Б. М, Пишкарев А. А. Пространственная структура радиолокационных отражений от юрской поверхности в условиях сверхрефракции // Изв. вузов. Радиофизика. 1990. Т. 3, N 12. С.1423.

17. Волков A.B., Кошель К.В., Латышев К.В., Славутский Л. А., Шевцов Б. М., Шишкарев А. А. Влияние рефракции на структуру радиолокационных отражений от морской поверхности// Радиотехника и Электроника. 1991. Т. 36, N 7. С. 1233-1237.

18. Волков A.B., Славутский Л.А., Шевцов Б.М. Определение параметров энергонесущего морского волнения по СВЧ радиолокационному рассеянию// Океанология, 1992, т. 32, N 5, с. 959-965

19. Волков A.B., Латышев КВ., Славутский Л.А., Шевцов Б М Шишкарев А. А. Восстановление характеристик тропосферного волновода по пространственному ослаблению радиосигналов: теория и эксперимент// Изв. АН СССР. ФАО. 1991. Т. 27, М 8. С.825-829.

20. Гайкович К.П. Об использовании измерений теплового излучения атмосферы для шределения рефракции радиоволн.// Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1980, т.23, N7, С.782-'88

21. А. Гайкович К.П., Зиничева М.Б., Китай Ш.Д. и др. Разработка и развитие средств ондирования системы атмосфера подстилающая поверхность в микроволновом 1иапазоне// В кн: Физика микроволн, -Н.Новгород, 1996, т.1, с. 143-150

22. Гайкович K.I1., Гурвич A.C., Наумов А.П. О восстановлении метеопараметров по внутриатмосферным измерениям оптической рефракции космических источников // Изв. АН СССР. ФАО. 1983. Т. 19, N 7. С. 675.

23. Гарнакерьяи A.A., Сосунов A.C. Радиолокация морской поверхности. Ростов/Д; 4зд. Рост, ун-та, 1978. 144 С.

24. Грикуров В.Э., Саликов С.П. Численное сравнение лучевого метода и метода юрмальных волн для тропосферного волновода// Радиотехника и электроника. 1978. Г. 23, N 8. С. 1578-1587.

25. Грикуров В.Э. Подсчет погонного затухания УКВ при сверхрефракции// 'адиотехника и электронника. 1984. Т. 29, N 8.С.1621-1623.

26. И. Грикуров В.Э. Простые формулы для затухания УКВ-мод при сверхфракции//Изв. ¡узов. Радиофизика. 1985. Т. 28, N 9. С. 1201-1203.

27. Гурвич A.C., Ершов А.Г. Радиотепловое излучение атмосферы при волноводном •аспространении// Изв. АН СССР. ФАО. 1979. Т. 15, N 2. С. 218.

28. Гуськов М.П., Жидко Ю.М., Родин В.В. и др. Экспериментальное исследование низотропии обратного рассеяния радиоволн сантиметрового диапазона морскойповерхностью при малых углах скольжения// Изв.Вузов.Радиофизика. 1988. Т. 31, N 11. С. 1318.

29. Гусятинский И.А., Соколов A.B., Троицкий В.Н. Дальняя тропосферная радиосвязь. VI.; Связь, 1968.248 с.

30. Дальнее тропосферное распространение ультракоротких радиоволн /Под ред. Ч.А.Введенского и др. М.; Сов. радио, 1965. 416 с.$6. Давидам И.Н., Лопатухин Л.И., Рожков В.А. Ветровое волнение в мировом >кеане//Л: Гидрометеоиздат, 1985, 255с.

31. Деннис Дж. Шнабель Р. Численные методы безусловной оптимизации и решения юлинейных уравнений. М.; Мир, 1988.

32. Долин Л.С., Родии В.В. О пространственных флуктуациях интенсивности »адиолокационного сигнала, отраженного морской поверхностью//Изв. вузов, •адиофизика. 1980. Т. 23, N1, С.79-89.

33. Ефимов В.В. Динамика волновых процессов в пограничных слоях атмосферы и океана//Киев: Наукова думка, 1981, 320с.

34. Жидко Ю.М., Калмыков А.И., Каневский М.Б. и др.// Дистанционные методы зучения океана. Горький: ИПФАН.1987, с.5

35. Загородииков A.A. Радиолокационная съемка морского волнения с летательных ппаратов. Л: Гидрометеоиздат, 1978. 240с.

36. Захаров В.Е. Об устойчивости волн в нелинейных средах с дисперсией.// ЖЭТФ, 966. т.51, N4, с.1107-1114

37. Иванов В.К., Кошель А.Н., Смирнов Ю.Н. Рефрактометр для измерений структуры пограничного слоя атмосферы // Распространение и дифракция радиоволн в миллиметровом и субмиллиметровом диапазонах. Киев; Наук, думка,1984. С.72-76.

38. Каневский М.Б. Радиолокационное зондирование океана.// В кн: Методы гидрофизических исследований, Горький, ИПФАН, 1984,с. 161

39. Каневский М.Б. О распространении миллиметровый и сантиметровых радиоволн в приводных тропосферных волноводах// Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1966, т.9, N5, С.867

40. Каневский М.Б. О средней интенсивности нормальной волны при сверхрефракции.//Изв. ВУЗов, Радиофизика, 1973, т. 16, N4, С.581

41. М. Кпяцкин В.И. Метод погружения в теории распространения волн. М.; Наука, 1986. 256 с. . '

42. К.чяцкин В.И. Саичев А.И. Стохастическая и динамическая локализация плоских юлн в случайных слоистых средах.//УФН,162(3),161(1992)

43. Кляцкин В.И., Кошель КВ., Шевцов Б.М. О решении обратных волновых задач для :лоистых сред//Изв. АН, ФАО, 1995, Т 31, N4, с.517-525

44. Козлов В. П. Математические вопросы обращения радиационных данных.- В кн: Инверсия Абеля и ее обобщение. 1978, с. 131-139

45. Кошелев В.Н., Саичев А.И. Обобщение метода отражения для параболических равнений с однородными граничными условиями на переменнной границе//Изв. *УЗов, Радиофизика, 1985, т.28, N6, С.731-734

46. Кошель К. В., Ногаев В.А., Вовна Д.В. О скользящем распространении волны над ологой неровной поверхностью// Изв. АН, ФАО, 1992, Т 28, N12, с. 1176-1181

47. Кошель K.B. Численное решение задачи о распространении коротких радиоволн в тропосферном волноводе// Радиотехника и электроника. 1986. Т. 31, N 12. С. 2313->318.

48. Кошель КВ. О влиянии радиально -слоистых флуктуации показателя преломления ia загоризонтное распространение УКВ в тропосферных волноводах// Радиотехника и »лектроника. 1990. Т.35, N 12. С. 2502-2507.

49. Кошель КВ. Численный анализ задачи о тропосферном распространении коротких )адиоволн при конечном импедансе поверхности// Радиотехника и электроника. 1990. Г. 35, N 6. С. 1326-1329.

50. Кошель К.В. О влиянии приподнятых инверсионных слоев на загоризонтное распространение коротких радиоволн// Радиотехника и электроника. 1990. Т. 35, N 3. Г.647-649. .

51. Кошель К.В. О влиянии горизонтальных неоднородностей атмосферы на ;агоризонтное распространение УКВ-радиоволн// Изв. АН СССР. ФАО. 1990. Т. 26, N 0. С. 1069-1076.

52. Кошель К.В., Славутский Л.А., Шевцов Б.М. Распространение УК и СВЧ радиоволн над морем// Владивосток: Дальнаука, 1993, 160с.

53. Казаков А.Л., Ломакин А.Н. Неоднородности коэффициента преломления воздуха s тропосфере. М.; Наука, 1976.

54. Кравцов ¡O.A., Фейзулин З.И., Виноградов А.Г. Прохождение радиоволн через пмосферу Земли. М.; Радио и связь, 1983.

55. Красюк Н.П., Коблов В.Л., Красюк В.Н. Влияние тропосферы и подстилающей юверхности на работу РЛС. М.; Радио и связь, 1988, 214 с.

56. Кукушкин A.B., Фрешихер В.Д., Фукс И.М. Загоризонтное распространение ультракоротких радиоволн над морем: Обзор//Изв. вузов. Радиофизика. 1987. Т. 30, N 7. С. 811-839.

57. Кукушкин A.B., Фрешихер В.Д., Фукс И.М. Влияние случайной стратификации на интенсивностькогерентной составляющей УКВ сигнала за горизонтом// Изв.вузов. Радиофизика. 1983. Т. 26, N 9. С. 1064-1072.

58. Кукушкин A.B., Фрешихер В.Д., Фукс И.М. Теория возмущений для спектра нормальных волн в слоисто-неоднородной среде// Изв.вузов. Радиофизика. 1983. Т. 26, N 2. С. 192-199.

59. Кукушкин A.B. Синицын В.Г. Влияние приподнятой М-инверсии на распространение радиоволн в тропосферном волноводе// Изв. вузов. Радиофизика. 1979. Т. 22,N 7. С. 802-808.

60. Кукушкин A.B. Вторичное возбуждение поверхностного волновода полем волн, отраженных от приподнятого инверсионного слоя// Изв. вузов. Радиофизика. 1980. Т. 23, N12. С. 1516-1518.

61. Латышев К.В. Славутский Л.А. Восстановление профилей тропосферных волноводов по пространственному ослаблению радиоволн// Тр. 16-й Всесоюз. конф. по распространению радиоволн. Харьков, 1990, ч.1, с. 24

62. Латышев К.В., Л.А.Славутский. Восстановление профиля открытого волновода по спектру нормальных волн// Изв. Вузов. Радиофизика. 1991. Т.34, N4.C.476-480.

63. Лейкип И.А. Островский И.Е., Розенберг А.Д. и др. О влиянии длинных волн на энергетический спектр сигналов, рассеянных морской поверхностью// Изв. Вузов. Радиофизика. 1975. Т. 18, N 3. С.346.

64. Левин М.Л., Рытое С.М. Теория равновесных тепловых флуктуаций в шектродинамике. М: Наука, 1967. 307 с.

65. Т. Левитан Б.М. Обратные задачи Штурма-Лиувилля. М.; Наука, 1984. 240 с. '2. Леонтович М.А., Фок В.А. Решение задачи о распространении электромагнитных юлн вдоль поверхности Земли по методу параболического уравнения// ЖЭТФ. 1946. Г. 16, N 7. С. 557-573.

66. Лонге-Хиггинс М.С. Статистический анализ случайной движущейся поверхности.// I кн. Ветровые волны., 1962,М: Изд. иностр. лит.,с.125

67. Матушевский Г.В. Современные методы расчета ветрового волнения.-Летеорология и Гидрология, 1995, N 6, с.51

68. Монин A.C., Красицкий В. 11. Явления на поверхности океана. Л: Гидрометеоиздат, 985,375с.

69. Оптические методы изучения оеанов и внутренних водоемов. Под. ред.Г. И. ~алсгзия. Новосибирск: Наука, 1979, 360 с.

70. Пирсон В.Д. О росте спектра ветровых волн с позиций нелинейной теории.// В кн. Метровые волны.,1962. М: Изд. иностр. лит.,с.230

71. SO. Пирсон В., Нейман Г., Джеймс Р. Распространение и прогноз зыби// Ветровые юлны: Пер.с англ. под ред. Ю.М. Крылова. М.; Изд-во иностр. литер., 1962.

72. Пирсон В., Нейман Г., Джеймс Р. Развитие и прогноз ветровых волн.// В кн. Ветровые волны., 1962,М: Изд. иностр. лит., с.253

73. Распространение ультракоротких радиоволн: Пер. с англ. под ред. Б.А.Шнллерова. М.; Сов. радио, 1964. 710 с.

74. Розенберг В.И. Рассеяние и ослабление электромагнитного излучения атмосферными частицами// J1: Гидрометеоиздат, 1972, 348с.

75. Рувымскый К.Д., Фрейдман Г. И. В кн.: Нелинейные волны. Структуры и Бифуркации. М: Наука, 1987, с.304

76. Рытое С.М., Кравцов 10.А., Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч 2, Случайные поля. М: Наука, 1978, 463с.

77. Семенов Ю.И. Состояние измерений в области радиорефрактометрии// Обзор, информ./ ВНЦИКМ. Сер. Образцовые ивысокоточные средства измерений. М., 1985, вып. 4.

78. Славутский Л. А. ВКБ-приближение в обратной задаче рефракции радиоволн// Научно-технический семинар "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах", Тез. докл.,Москва, 1992, С. 55-57.

79. Славутскый U.A. Угловая зависимость радиолокационного рассеяния на морской юверхности в сантиметровом диапазоне.//Изв.ВУЗов, Радиофизика, 1996, т.39, N5, ;.538

80. Славутский Л.А. Нелинейная генерация гармоник на склонах ветровых золн.//Докл.АН, 1996,т.351 ,N3,c.398.

81. Славутский Л.А. Доплеровский спектр обратного рассеяния морской юверхностью на частоте 20ГГц.// РиЭ, 1993, в. 12, с.2190-2193

82. Татарский В.И. О возможной точности определения плотности атмосферы по гзмерениям фазы и угла рефракции с ИСЗ// Изв. АНСССР. ФАО. Т. 4, 1968. N 8. С. П 1.

83. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.; Наука, 967.548 с.

84. Тихонов А.Н., Арсении В.Я. Методы решения некорректных задач. М.: Наука, 1979. !86 с.

85. Л. Труды ии-та эксперимент, метеорологии. Сер. Приборы и установки жспериментальной метеорологии. М: Гидрометеоиздат. 1983. Вып.6(10). )8. УиземДж. Линейные и нелинейные волны. М.: Мир, 1977

86. Федоров К.Н., Гинзбург А.И. Приповерхностный слой океана Л.: ^идрометеоиздат,1988, 302с.

87. Фелсен Л. Квазиоптические методы в дифракции.// В кн.; Квазиоптика, М.: Мир, 966, С. 11-62

88. Фшиитс О.М. Динамика верхнего слоя океана//Л.:Гидрометеоизд. 1980, 320 с.

89. Фок В.А. Проблемы дифракции и распространения электромагнитных волн. М.; Сов. радио, 1970. 520 с.

90. Фрейлихер В.Д., Фукс И.М. Распространение радиоволн в случайных средах с регулярной рефракцией. Препр. N 9(381). М.: ИРЭ АН СССР, 1984.80 с.

91. Хшпны Г.В., Рихтер Ю.Х. Паперт P.A. и др. Распространение радиоволн в тропосфере: Обзор// Тр. Ин-та инженеров по электронике и радиоэлектронике. 1985. Г. 73, N 2. С. 106-128.

92. Шварц Л. Фситон Д.ж.- В кн.: Нелинейные волновые процессы. М: Мир, 1987, 10

93. Шишкарев A.A. О влиянии волновода испарения на распространение УКВ над иорем в области прямой видимости и полутени // Изв. АН СССР, ФАО. 1992. Т. 28. Ъ 12. С. 672.

94. Шур A.A. Характеристики сигнала на тропосферных радиолиниях. М.; Связь, 1972.105 с.

95. Шутко A.M. СВЧ-Радиометрия водной поверхности и почвогрунтов.//М: Наука, 986

96. Юэн Г., Лейк Б. Нелинейная динамика гравитационных волн на глубокой воде. И: Мир, 1987, 171с.

97. Abou-Taleb A. A., Coopers D. S. Microwaves scattering by surface waves on water.// EEE J. Ocean Ing., 1986, v.l 1, N 2, p.316

98. Andeison K.D. Inference of refractivity profiles by satellite-to-ground RF neasurements// Radio Sei. 1982. Vol.17. P.653-663.

99. Anderson K.D. Radar measurements at 16.5 GHz in the oceanic evaporation duct// EEE Trans. 1989. AP-37. P. 100-106.

100. Askne J., Elgered G., el al. The ONSAM Experiment: Remote Sening Techniques for /ertical Sounding of the Atmosphere.// J.of Atm. and Oceanic Technol. 1987, Vol.4, P. 180.

101. Barrick D.E. First-Order Theory and Analysis of MF/HF/VHF Scatter From the Sea// EEE Trans. AP-20. 1972. N 1. P. 2-10.

102. Brown G.S. Backskattering from a gaussian-distributed perfectly conducting rough urface.// IEEE-AP Trans., 1978, v.26, n 3, p.472

103. Dockery G.D. Method for modellihg sea surface clutter in complicated propagation nvironments.// IEE Proc., 1990,v.l37, Pt.F, N2, p.73

104. Evans D.D., Shemdin O.H. An investigation of the modulation of cappilary and short ;ravity waves in the open ocean.// JGR, 1980, v.85, N C9, p.5019

105. Herlel P., Menzler H.P. Improved Inverse WKB Procedure to Reconstruct Refractive ndex Profiles of Dielectric Planar Waveguides // Appl. Phys. 1987.Vol. B 44.P. 75-80.

106. Hitney /7. V., Pappert R.A., Haltan C.P. Evaporation duct influences on beyond-the-orizon high altitude signals// RadioSci. 1978. Vol. 13,N.4. P.669-675.

107. Kalmykov A.I.,Puslovoyienko V.V. On Polarization Features of Radio Signals Scattered 'rom the Sea Surface at Small Grazing Angles// J.Geophys. Res. 1976. Vol. 81, N 12. P. 960-1964.

108. Kilaigorodskii S.A. On the theory of the equilibrium range in the spectrum of wind-enerating gravity waves.-J.Phys.Oceanogr.,1983, v. 13, p.816

109. Ko /7. A practical guide to anomalous propagation, Microwaves and RF, 24, 107, 1985.

110. Komiyama К. The first order spectral component of the microwave scattering on simple vater waves.// IEICE Trans., 1987, v. E70, N 6, p.533

111. Koshel' К. V. Application of invariant imbedding method to simulate numerically )eyond-the-horizon propagation of SHF over the sea// Journal of Electromagnetic Waves md Application, V. 6, N10, P. 1433-1454. 1992.

112. Lee P.H., Barter J.D., at. al. X band microwaves backscattering from ocean waves. // .G.R., 1995, v.100, NC2, p.2591

113. Li pa B.J., Barrick D.E. Extraction of sea state from HF radar sea echo: Mathematical heory and modelling// Radio Sci.,1986, v.21, N1, p.81-100

114. Mongaudet J., Trais L. A tripl decomposition of the fluctuating mot- ion below aboratory wind water waves. //JGR, 1995, v. 100, N CI, p.741 320 c.

115. Munk W., Wimsch C. Ocean acoustic tomography: Rays and modes// Rev. Geophys. »pace Phys. 1983. Vol.21, P.777-793.

116. Nakayama. J. Anomalous scattering from a slightly random surface. // Radio Science,1982, v. 17,N3,p.558

117. Oil R.H. Roots of the modal equation for EM wavepropagation in a tropospheric ducts// .Math. Phys. 1980. Vol.21, N 5. P. 1256-1266.

118. Papert. R.A., Goodharl C.L. Case study of beyond-the-horizon propagation in ropospheric ducting invirounments// Radio Sci. 1977. Vol. 12, N 1. P. 75-87.

119. Paul us R.A. Evaporation duct effects on sea clutter// IEEE Trans. AP-38. N 11. 1990. P. 1765.

120. Phillips O.M. Spectral and statistical properties of the equilibrium range in windgenerated gravity waves.- J. Fluid Mech., 1985, v. 156, p.505

121. Phillips O.M. The dynamics of the upper ocean. Cambridge Univ. press, New York, 1966

122. Re illy-J. P. Dockery G.D. Influence of evaporation ducts on radar sea return// IEE Proc. Vol 137, ptF, N 2, 1990, P.88

123. Plant W.J., Keller W.G. Evidance of bragg scatterig in microwave Doppler spectra of sea return//JGR, 1990, v.95, N C9, p. 16,299

124. Rongaswamy S. Recjvery of Atmospheric Parameters from the APOLLO/SOYUS data// Geophys. Res.Lett., 1976, v.3, N8, p.483

125. Rotheram S. Radiowave propagation in the evaporation duct// Marconi Rev. 1974. Vol. 37, N 192, P. 18-40.

126. Slavutsky L.A. WKB: approximation for inverse problem of radiowaves refraction// SPlE's Aerospase Sensings Symp, 1992, Orlando, USA,programs p. 14 (1688-69)

127. Slavutsky L.A. Radar sea return near grazing: The connection between sea state and tropospheric propogation.//XXIV General Assembly of the URSI, Japan, 1993, p.41

128. Slavutsky L.A. WKB approximation for inverse problem of radiowaves refraction// URS1-S on EM Theory proc., 1992, Australia, p.404-407

129. Slavutsky L.A., Volkov A.V. Statistical properties of the SHF radar sea return: fine structure of temporal and spatial spectra.// ISAP proc., Japan, 1992, p.43

130. Smith P.R. Hopcraft K.I. Bürde R.E. A novel method for determining dielectric unhomogenety from scattered electromagnetic radiation// Inv. Probl. 1988. N 4, P 235

131. Trunk G.V. Radar properties of non-Rayleigh sea clutter//IEEE Trans. AES-8. 1972. N 2. P. 196-204.

132. Valenzuela G.R. Theories for the Interaction of Electromagnetic and Oceanic Waves// A Review. Boundary iayermeteorology. 1978. Vol. 13. N 1-4, P.61

133. Volkov A. V., Slavutsky L.A., Shevtsov B. M. Spatial modulation of the radar sea return jy large-scale waves.// 1EEE/AP Symp., Digest, 1991, Canada, v.3, p. 1796-1799

134. Volkov A. V., Slavutsky L.A. Statistical prorerties of the SHF radar sea return//SPIE's Verospase Sensings Symp, 1992, Orlando, USA,programs p. 13 (1688-30)

135. Volkov A. V., Slavutsky L.A., Shevtsov B. M. Spatial modulation of the radar sea return >y large-scale waves.//Proceedings of Topical Meeting on Atmospheric, Volume and Scattering and Propagation, Italy, 1991, p.517-520.

136. Wait J.R. Electromagnetic waves in stratified media. Oxford: Pergamon Press, 1962. ■72p.202 '

137. Wait J.R. Coupled mode analysis for nonuniform tropospheric wave guide// Radio Sci. 1980. Vol. 15,N. 3. P. 667-673.

138. West J.S., Hwang P.A., Moure R.K., Holtzman C.J., Shemdin O.H. The modulatin of the radar signal from the ocean surface due to slope and hydrodinamic effects// JGR, 1990, v.95, N C9,p. 16,291

139. Wright J. W. Backscattering from capillary waves with application to sea clutter.//IEEE Trans., 1966, v. AP-14, p.749

140. Wright J.W., Plant W.J., Keller W.G., Jones W.L. Ocean wave-radar modulation transfer functions from West Coast Experiment.//JGR, 1980, v.85, N C9, p.4957

Информация о работе

Славутский, Леонид Анатольевич
доктора физико-математических наук
Владивосток, 1998
ВАК 11.00.08

Диссертация

Радиозондирование поверхности океана и приводного слоя атмосферы в сантиметровом диапазоне - тема диссертации по географии, скачайте бесплатно

Автореферат

Похожие работы