осредняются , и при выборе масштабов осреднения важно оценить условия однородности и стационарности исследуемого поля , то есть оценить насколько выборка значений будет репрезентативна .
Проблемы спутниковой радиовысотометрии , возможности и пути их решения
Ниже рассматриваются лишь те проблемы , которые касаются вопросов измерения высоты полета КА , но не интерпретации данных измерений , что в большинстве случаев является прерогативой специалистов различных отраслей наук о Земле , а также потребителей , занятых в различных сферах хозяйственной деятельности .
При создании океанографического ВРВ решаются следующие задачи :
• Уточненная модель отражения сверхвысокочастотных радиосигналов с наносекундной разрешающей способностью , учитывающая законы распределения ординат и наклонов неровностей морской поверхности .
• Анализ статистических характеристик отраженных радиосигналов ВРВ при широком варьировании исходных данных , связанных с выбором параметров ВРВ , режимом облучения и состоянием морской поверхности .
• Синтез и анализ алгоритмов и устройств оптимальной обработки во временной или частотной области отраженных от морской поверхности радиосигналов .
• Оценка потенциальной точности измерения высоты в зависимости от выбранных параметров ВРВ , режима облучения и состояния морской поверхности .
• Разработка алгоритмов и устройств квазиоптимальной ( практически реализуемой ) обработки отраженных сигналов ВРВ , позволяющих осуществить одновременную оценку высоты КА над средним уровнем морской поверхности и высоты морских волн .
Выделим основные проблемные вопросы измерения высоты полета КА :
• неопределенность понятия самого измеряемого параметра , то есть высоты над морем ;
• влияние ионосферы и тропосферы на результаты радиовысотомерных измерений ;
• неполный учет априорной информации , имеющий место при обработке данных ;
• слабое внедрение оптимальных и квазиоптимальных алгоритмов обработки ;
• недостаточно высокая суммарная точность измерения высоты .
Неопределенность понятия высоты полета космического аппарата
Океанская поверхность , высота до которой измеряется бортовыми ВРВ , имеет в общем случае стохастическую топографию с выраженной иерархической структурой [ 5 , 8 , 9 ]. Это обстоятельство затрудняет введение единого определения для высоты полета КА . Очевидно , что высота должна рассматриваться в качестве некоего параметра , значениями переменной для которого являются отсчеты локальных высот , измеряемых вдоль трассы полета КА . Очевидно , что длина такого участка будет варьироваться в зависимости от цели альтиметрии . Например , при спутниковом альтиметрическом зондировании Мирового океана , имеющем целью уточнение формы геоида , длина участка осреднения может составлять несколько километров , а соответственно временной интервал – от 0,5 с до 1 ... 2 с . Превышение указанных пространственных или временных интервалов ведет к резкому увеличению так называемых динамических ошибок измерения высоты [ 4 , 5 ].
В настоящей работе в качестве определения высоты предлагается использовать аналог так называемого « простого скользящего среднего », получаемого на выходе двумерного пространственного или временного « окна », на вход которого поступает пространственный ( временной ) ряд отсчетов локальных высот зондируемой поверхности , случайный характер которым придают неровности земной поверхности . Размеры этого окна варьируют и выбираются исходя из требований решения той или иной прикладной задачи . В общем случае при известной априорной информации о структуре поверхности алгоритм такой « оконной » обработки сводится к реализации фильтра Калмана [ 10 ]. Однако эта нетривиальная задача требует отдельного рассмотрения . Если же ограничиться моделью , принятой в [ 5 ], то есть считать , что в пределах заданного « окна » зондируемая поверхность является статистически однородной ( изотропной ), имеющей гауссовский закон распределения ординат неровностей . Такое допущение часто используется в теоретических ( аналитических и модельных ) исследованиях [ 5 , 11 ]. Конечно , на практике для взволнованной морской поверхности закон распределения ординат неровностей может отличаться от базового , то есть гаусcовского [ 9 ], а для высокоточных измерений необходимо учитывать его асимметрию и эксцесс [ 12 ].
Учет влияния ионосферы на точность измерения высоты
Анализ точности ВРВ требует учета влияния ионосферы на результаты измерений высоты . При распространении радиоволн через ионосферу происходит их поляризационная и фазовая трансформация . Для устранения вредных поляризационных эффектов , вносимых ионосферой , связанных , например , с эффектом Фарадея , достаточно использовать круговую поляризацию зондирующего сигнала [ 13 ]. Сложнее обстоит дело с учетом дисперсионных свойств ионосферы , приводящих к дополнительному сдвигу фаз гармоник модуляции радиосигнала , а также к флуктуациям его начальной фазы , сокращающим , например , время когерентного накопления при апертурном синтезе .
80 Морские информационно-управляющие системы , 2018 / No . 1 ( 13 )