Радиолокаторы бокового и кругового обзора

Радиолокационные системы в отличие от пассивных систем ведут активное зондирование Земли. Они посылают к земной поверхности в перпендикулярном к полету спутника направлении узконаправленные высокочастотные импульсные пучки ЭМ волн. Отраженные от земной поверхности пучки (радиоэхо) вновь принимаются антенной радара, преобразуются в видеосигнал и записываются в цифровой форме на но­ситель информации. Интенсивность и характер радиоэха зависти от структуры поверхности и вещественного состава природных объектов. Особенности радиоэха передаются на радиолокационных снимках гра­дациями тонов и текстурой изображения. Длина волны, используемой в РЛС, определяет вместе с рядом других параметров (угол визирования, структура поверхности, ее диэлектрические свойства и др.) проникаю­щую способность излучения, которая тем выше, чем больше длина вол­ны. Данные, получаемые в радиодиапазоне, наиболее перспективны для получения сведений о почве и геологических структурах, при изучении водоемов, льдов на суше и воде, в океанологии, при изучении расти­тельности.

К средствам радиолокационного зондирования относят также вы­сотомеры и скаттерометры (измерители характеристик рассеяния). Радиолокационные высотомеры применяют для измерения высотного профиля подстилающей поверхности с точностью 2-8 см, а также для получения информации о форме морской поверхности, гравитационных аномалиях, высоте волн, скорости ветра, уровнях приливов, скорости поверхностных течений и т. д.

Принцип действия скаттерометров основан на зависимости эффек­тивной площади рассеяния морской поверхности и ее анизотропии от скорости и направления ветра. Основным их назначением является оп­ределение синоптического поля ветра, что не требует высокого про­странственного разрешения.

Радиолокационная система скаттерометра посылает микроволновые импульсы и принимает отражённый от поверхности сигнал. Интенсивность возвращенного сигнала зависит от шероховатости поверхности: для морской поверхности шероховатость, вызванная ветровым волнением, тем сильнее, чем больше скорость ветра. Для определения направления ветра параболическая отражающая антенна скаттерометра вращается с точно выверенной скоростью и испускает два отдельных луча примерно на расстоянии 6 градусов, каждый из них состоит из непрерывного потока импульсов.

В процессе движения спутника по орбите каждая ячейка, для которой определяется направление и скорость ветра, просматривается многократно при разных азимутах«вперед»и«назад»по курсу. Размер элементарной ячейки SeaWinds – 25 км, многократные измерения обратного рассеяния при горизонтальной и вертикальной поляризации сигнала, полученные при разных азимутах, позволяют определить направление и скорость ветра для каждой ячейки.

Первый скаттерометр был установлен на борту американского спутника SeaSat (1978 г.), он впервые показал возможность точного измерения скорости ветра из космоса. Однопроходный скаттерометр AMI (Active Microwave Insrument), имевший трёхантенный радар, работал на борту европейского спутникаERS-1 с 1991 по 1996 гг. В 1996 г. НАСА и национальным космическим агентством Японии NASDA был выведен на орбиту спутник ADEOS (Advanced Earth Observing Satellite), имеющий на борту скаттерометр NSCAT, обеспечивший получение данных о приводном ветре с разрешением 50 км на протяжении 9 месяцев 1996-97 гг.

В июне 1999 г. НАСА был запущен спутник QuikScat, имеющий на борту новый скаттерометр SeaWinds. В зону его видимости попадает 90% территории Мирового океана, не покрытой льдом, таким образом пути атлантических и азиатских тропических циклонов прослеживаются дважды в сутки, что позволяет существенно повысить точность определения их траектории и прогноза интенсивности. В 2002 г были запущены спутники ADEOS-II и Aqua, имеющие в числе многочисленной аппаратуры микроволновые радиометры AMSR и AMSR-E, данные которых позволяют получать информацию о направлении и скорости приповерхностных ветров над Мировым океаном.

Данные о приповерхностных ветрах над любыми участками Мирового океана, получаемые с космических скаттерометров, как во времени, близком к реальному, так и архивные, размещаются в сети Интернет на сайтах: https://www.remss.com, https://podaac.jpl.nasa.gov/

К достоинствам радиолокационных систем относится следую­щее:

- результаты радарной съемки не зависят от погоды и естест­венной освещенности, поэтому они незаменимы там, где облачный по­кров постоянно или продолжительное время препятствует съемкам дру­гими методами.

- возможность получения изображения земной поверхности, скрытой растительностью.

- возможность определения диэлектрических свойств поверх­ностного слоя.

Для ДЗЗ чаще всего используются радары бокового обзора с реаль­ной апертурой антенны (SLR) и радары с синтезированной апертурой (SAR). SLR-системы в основном используют на авиационных платфор­мах, так как азимутальное разрешение зависит от высоты, на которой работает такая система, поэтому разрешение спутниковых SLR низкое.

Для улучшения азимутального разрешения нужно применять ан­тенну большей длины. Вместо физического удлинения антенны SAR- системы используют движение платформы. В течении некоторого ин­тервала времени T антенна проходит расстояние vT, где v – скорость платформы. Если за это время на антенну поступил сигнал, то это рав­ноценно приему сигнала антенной длиной vT. Эта идея и называется синтезированной апертурой. Таким образом, более высокое азиму­тальное разрешение достигается за счет когерентной обработки отраженных сигналов, принимаемых по мере движения спутника. Все со­временные космические РЛС - это SAR-системы.

Сдерживающими факторами развития РЛС были габариты, слож­ность и высокая стоимость. С 90-х годов прошлого века наблюдается повышение интереса к разработке и использованию радиолокационных методов. К наиболее известным космическим системам, оснащенным радиолокационной аппаратурой ДЗЗ, относятся ERS, Envisat (Европа), Alos (Япония), Radarsat (Канада) и др.