Развитие когерентных радиофизических методов измерения параметров приповерхностных динамических процессов в океане

Основная идея проекта состоит в использовании комбинации различных методов и средств когерентного дистанционного наблюдения водной поверхности и верхнего слоя океана, а именно, подводной когерентной гидроакустической системы, а также когерентных радиолокационных станций и оптических приборов для наблюдения поверхности сверху. Одновременное измерение амплитудных и фазовых характеристик рассеяния зондирующего излучения позволяет получать информацию о параметрах динамических процессов в верхнем слое океана. Комплексный подход позволит измерить характеристики ветрового волнения в различных, дополняющих друг друга, участках спектра ветровых волн, что в свою очередь дает возможность обнаруживать и идентифицировать различные динамические процессы в приповерхностном слое моря. В заявленном проекте предлагается провести исследование ветрового волнения и неоднородных течений в верхнем слое океана и на его поверхности с помощью когерентного акустического зондирования среды, когерентного радиолокационного зондирования, стереофотосъемки и оптического зондирования. Для достижения дальности зондирования, необходимой для исследования мезомасштабных процессов, будет применена гидроакустическая система, работающая на частоте порядка первых единиц килогерц. Для средне- и низкочастотного звука основными рассеивателями в приповерхностном слое будут являться поверхностные волны и пузырьки, возникающие при их обрушении. Спектр рассеянного звукового сигнала в каждой пространственной ячейке будет претерпевать двойное уширение: за счет осцилляций самих рассеивателей (волн, пузырей в поле течений и волновых движений), и за счет их поступательного движения вместе со средой. Опираясь на соответствующие модели рассеяния звука в условиях стоячей воды, развитые ранее, улучшая и модифицируя их, авторы будут решать обратную задачу по определению скорости движения среды исходя из спектра рассеянного сигнала. При горизонтальном гидроакустическом зондировании будет получена информация о вертикальном распределении скоростей акустических рассеивателей.По данным когерентного микроволнового радиолокационного зондирования будет восстанавливаться скоростное радиолокационное изображение морской поверхности, содержащее информацию о поверхностной скорости течения и орбитальной скорости ветровых волн. Привлекая и уточняя теоретические модели рассеяния радиоволн СВЧ диапазона взволнованной водной поверхностью, будут определены скорости поверхностного течения в меньшей области, позволяющие откалибровать и дополняющие данные гидроакустического зондирования. Прямое измерение орбитальных скоростей длинных ветровых волн гидроакустическими и радиолокационными средствами будут дополнены измерениями коротких ветровых волн в оптическом диапазоне. В ходе выполнения проекта предполагается: 1. Выполнить теоретическую проработку проявления динамических процессов в приповерхностном слое океана в когерентных сигналах акустического, радиолокационного и оптического зондирования. 2. Разработать методику совместных измерений когерентными акустическими, радиолокационными и оптическими средствами, разработать программное обеспечение для совместной обработки сигналов. 3. Провести с использованием разработанной методики натурные эксперименты по наблюдению динамических процессов в приповерхностном слое океана и измерить их параметры, оценить точность и определить пределы применимости развитого подхода.4. На основе сопоставления с данными экспериментов провести верификацию результатов модельных расчетов, развить методы восстановления направленных спектров ветрового волнения и скорости течения в приповерхностном слое океана по данным комплекса когерентных средств дистанционного зондирования.