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)