Таблица 3 Основные параметры перспективного высокоточного спутникового радиовысотомера:
Несущая частота, ГГц 13,64( λ = 2,2 см)
Импульсная мощность, Вт 40
Длительность импульса( с ЛЧМ), мкс 100
Девиация частоты( полоса модуляции), МГц 250( 500)
Частота повторения( переменная), Гц 1000... 5000
Шум-фактор, дБ 2... 3
Ширина ДНА, град 1
Флуктуационная ошибка( по высоте), см 2,0... 3
Суммарная ошибка( по высоте), см 8... 9
Поляризация круговая
Время когерентности, мс не менее 50
Масса, кг 40
Потребляемая мощность, Вт 150
Высота орбиты, км 1000... 1200
пления имеется потенциальная возможность значительно сжать доплеровский спектр эхо-сигнала, существенно повысив продольную разрешающую способность ВРВ по облучаемой поверхности, что особенно важно при работе по льдам или земной материковой поверхности. Строгое решение этой задачи требует использования всей полноты априорной информации о состоянии ионосферы и магнитосферы Земли.
Влияние тропосферы на работу высокоточного радиовысотометра
Известно, что в нижних слоях атмосферы происходит поглощение радиоволн свободными молекулами газов и аэрозольными частицами( особенно дождевыми каплями при интенсивных осадках), а также изменение скорости распространения электромагнитных волн. Так, например, уменьшение напряженности электромагнитного поля радиосигнала, распространяющегося в поглощающей среде, происходит быстрее, чем по закону обратной пропорциональности квадрату расстояния, относящемуся к свободному пространству. Этот эффект необходимо учитывать при работе ВРВ над взволнованной поверхностью моря, когда отношение сигнала к шуму невелико.
В работе [ 18 ] приводится график удельного затухания волн сантиметрового диапазона в зависимости от длины волны для различных значений интенсивности дождя, а также кривые затухания в облаках различной водности. Из графика следует, что электромагнитная волна при λ = 2,2 см может иметь достаточно сильное затухание в интенсивных осадках( до 6... 7 дБ / км). Например, если верхняя граница осадков равна 2 км, то величина затухания составит 12... 14 дБ. Удельное затухание в облаках даже высокой водности значительно меньше, чем в интенсивных дождевых осадках и, кроме того, облачность не имеет такой большой толщины слоя как дождь. В связи с этим влиянием облачности на затухание волн 2,2 см диапазона можно в первом приближении пренебречь. Что же касается величин погрешностей измерения высоты, связанных с изменением скорости распространения электромагнитной волны через тропосферу, то они составляют 0,7 см для сухой тропосферы и 1,3 см – для влажной( табл. 2). Как было сказано выше, ВРВ следует дополнительно комплексировать с трехчастотным радиометром( 18 ГГц, 21 ГГц и 37 ГГц) для компенсации тропосферной погрешности измерения высоты.
Перспективные методические и технические решения
• Увеличение энергетического потенциала альтиметра посредством использования когерентного зондирующего сигнала и синтеза апертуры.
• Увеличение девиации до 225... 250 МГц( ширина спектра сигнала 450... 500 МГц).
• Устранение фазовых искажений в ионосфере с помощью компенсационного фильтра и данных GPS.
• Использование квазиоптимального дискриминатора, работающего по переднему фронту спектра биений, позволит минимизировать ошибку смещения, а оптимизация экстраполятора следящей системы ВРВ позволит снизить флуктуационную и динамическую ошибки до 3.. 4 cм [ 19 ].
• Использование фильтра Калмана для сглаживания мгновенных оценок высоты. Параметры фильтра должны выбираться исходя из априорных сведений об измеряемом процессе, определяемых характером решаемой с помощью данных альтиметра задачи( уточнение формы геоида, обнаружение волн цунами, штормовых зон и др.) с учетом условий измерения высоты и высоты морских волн( данных о полях гравитационных аномалий).
• Компьютерное моделирование спутникового альтиметра с помощью программного комплекса.
Позитивное решение проблем спутниковой альтиметрии позволит снизить суммарную погрешность измерения высоты до 8 … 9 см( вместо 12 … 13 см, что имеет место на сегодня), а высоты морских волн до 25 … 30 см( вместо 30 … 50 см).
82 Морские информационно-управляющие системы, 2018 / No. 1( 13)