Декаметровыми радиоволнами называются электромагнитные волны длиной от 10 до 100 метров , что соответствует частотам от 3 до 30 МГц . Различают два механизма распространения декаметровых радиоволн :
• поверхностной волной , за счет дифракции на сфере Земли ;
• пространственной волной при ионосферной рефракции .
В первом случае дальность действия радиолокационной станции может достигать 300 – 400 км , во втором – 3000 – 4000 км . Независимо от того , какой тип распространения радиоволн используется в РЛС , одновременно могут иметь место оба механизма распространения . Поэтому и зондирующие сигналы , и устройства их обработки должны обеспечивать однозначность измерений по дальности , помехоустойчивость к пассивным помехам . Мы будем рассматривать РЛС с поверхностным типом волны .
Физические принципы мониторинга морской поверхности загоризонтной РЛС поверхностной волны декаметрового диапазона
Использование РЛС КВ-диапазона поверхностной волны позволяет решить задачу контроля движения судов , ледовой обстановки и метеоусловий , включая определение кромки ледового покрова , степень волнения моря практически в любом прибрежном районе в реальном масштабе времени .
В число оцениваемых с помощью КВ РЛС гидрофизических и метеорологических параметров входят : направление и сила ветра у поверхности моря , направление распространения и средняя высота морских волн , степень волнения , скорость и направление поверхностных течений . Специфический характер спектра отраженного морем сигнала позволяет с высокой достоверностью обнаруживать границы типа « лед-море » и измерять дрейф льдин , а по интенсивности отраженных сигналов определять характер ледяного покрова .
На рисунке 1 представлен модельный спектр отражений от морской поверхности , изучение которого показало [ 1 ], что частотные компоненты , соответствующие узким пикам спектра в районе частоты Брегга f Бр , обусловлены так называемыми отражениями первого порядка ( на рисунке соответствуют относительным частотам F отн = +,– 1 ). Физически это соответствует случаю , когда радиоизлучение , длиной λ , рассеивается совокупностью морских волн , имеющих пространственную протяженность между гребнями , равную λ / 2 . Отражения от каждого гребня таких волн имеют разность хода равную и поэтому суммируются синфазно .
,
где g – ускорение свободного падения – длина волны радара .
Например , для несущей частоты 22 МГц Брегговские пики соответствуют частотам
Это эквивалентно радиальной скорости
где f – доплеровское смещение частоты отраженного сигнала .
Остальные компоненты спектра помех от моря обусловлены отражениями более высоких порядков , в основном второго порядка . Последнему соответствует случай , когда радиоволна последовательно отражается от двух совокупностей морских волн разной протяженности , обеспечивающих общую разность хода отраженных лучей РЛС , близкую к λ .
Резонансный характер взаимодействия радио- и морских волн и детерминированная фазовая скорость последних позволяют связать основные параметры морского волнения и возбуждающего его ветра с параметрами спектра отраженного морем сигнала . Основой для разработки методов определения состояния морской поверхности по данным КВ РЛС является теория рассеяния коротких радиоволн на взволнованной морской поверхности [ 1 ]. В аналитической форме связь характеристик сигналов , рассеянных морской поверхностью , со свойствами морского волнения выражается формулами для удельной эффективной площади рассеяния морской поверхности , полученными в результате решения электродинамической задачи о рассеянии электромагнитных волн на хорошо проводящей статистически неровной морской поверхности с малыми и пологими неровностями модифицированным методом малых возмущений .
Теория взаимодействия радио- и морских волн первого порядка описывает возникновение наиболее интенсивных пиков в доплеровском спектре отраженного морем сигнала ( так называемые брегговские линии ). Соотношение амплитуд этих линий для « приближающейся » и « удаляющейся » систем волн ( то есть в около – f Бр и + f Бр ) несет информацию о генеральном направлении распространения морских волн и ветра у поверхности моря относительно угла визирования ( параметр А на риссунке 1 ). Как показали экспериментальные исследования , ширина брегговских линий на уровне 10 дБ несет информацию о скорости ветра , воздействующего на морскую поверхность ( параметр G ). Кроме того , положение брегговских линий по частоте детерминировано , любое их одновременное смещение вправо или влево позволяет делать вывод о наличии поверхностных течений , их направлении и скорости ( параметр В ).
Теория резонансного взаимодействия второго порядка описывает континуальный доплеровский спектр рассеянного морем сигнала , сосредоточенный вокруг брегговских линий . Этот спектр содержит основную информацию о морском волнении . Огибающая спектра справа и слева
61