Национальный исследовательский университет « МЭИ »
Москва
А . И . Баскаков , М . С . Михайлов
Институт космических исследований РАН
Москва
В . В . Егоров
Институт земного магнетизма , ионосферы и распространения радиоволн им . Н . В . Пушкова РАН
Москва
В . А . Телегин
Институт океанологии им . П . П . Ширшова РАН
Москва
В . А . Мельников , В . А . Телегин
Высокоточный радиовысотомер ( ВРВ ) обеспечивает оперативные прецизионные измерения при работе на больших акваториях Мирового океана , поставляя информацию для решения широкого круга научных и прикладных задач . В их числе : уточнение геоида , картирование рельефа дна , контроль уровня поверхности ( приливов , волн цунами , штормовых нагонов , вихрей , внутренних волн ), оценка приповерхностных морских течений , определение высоты морских волн , скорости и направления поверхностного ветра , а также изучение многих других гидрофизических процессов , связанных с изменениями уровня морской поверхности . Проблема оперативного решения данных задач актуальна для исследования природных ресурсов Земли , экологического мониторинга , метеорологии , океанографии , судовождения и др .
Одна из основных задач применения ВРВ – уточнение формы геоида Земли . Под геоидом понимается эквипотенциальная поверхность в гравитационном поле Земли , совпадающая при определенных условиях с невозмущенным средним уровнем моря . По форме геоида можно
судить о распределении массы Земли и определить локальные градиенты силовых линий земного притяжения на поверхности Мирового океана . Схема радиовысотометрических измерений представлена на рисунке 1 .
Программы создания космических ВРВ для военного и коммерческого использования являются приоритетными для США и Европейского сообщества . Соответственно развивается методическое обеспечение этой задачи .
Для работы спутниковых ВРВ необходим контроль параметров орбиты и ориентации космической платформы , на которой установлен комплекс научной аппаратуры , относительно локальной вертикали . Решение указанных задач возможно лишь при высокой разрешающей способности и точности измерения высоты орбитальным ВРВ . Для этого используется широкополосный сверхвысокочастотный радиосигнал , обладающий наносекундной разрешающей способностью . Точность измерения высоты порядка 0,5 м на подспутниковых расстояниях в 100 км ( уклоны < 10 – 5 ) дает возможность обнаружения приливов в зонах континентальных шельфов , штормовых нагонов и деформаций уровня , связанных с западными пограничными течениями и с их меандрами . Повышение точности высотомерных измерений до 5 см на 100 км подспутниковой трассы ( уклон 10 – 6 ) позволяет детально исследовать вихревую структуру мезомасштабной циркуляции , обнаруживать потенциально опасные волны цунами [ 1 ].
Однако на пути повышения эффективности использования данных спутниковой радиовысотометрии стоит ряд проблем методического и технического характера . Проблемы связаны с самим понятием « высота полета космического аппарата ( КА )», поскольку и зондируемая поверхность и траектория ( отсчетная ) КА имеют случайные свойства . Случайность в данные измерений вносится также в процессе прохождения сигнала через ионосферу , пар в тропосфере и др . Повышение точности в измерении уровня моря откроет новые перспективы для научных и прикладных исследований в Мировом океане .
Обзор современного состояния спутниковой радиовысотометрии
Эксперименты с использованием бортовых радиовысотомеров были начаты в 1974 году на американской космической станции Skylab . Затем они были продолжены на космических аппаратах Geos-C , Seasat , Geosat , ERS , Topex / Poseidon , Jason-1 и Jason-2 [ 1 – 3 ]. Результаты экспериментов подтвердили перспективность использования высокоточных радиовысотомеров для дистанционных океанографических измерений . Технические характеристики орбитальных ВРВ даны в таблице 1 . Франко-американские спутники Jason-1 , Jason-2 сменили своего предшественника , спутник Topex / Poseidon , на той же самой орбите . У них была задача произвести измерения уровня моря с точностью , которая была бы достаточна для