автореферат диссертации по радиотехнике и связи, 05.12.17, диссертация на тему:Исследование и разработка радиотехнических методов измерения параметров морского волнения с летательных аппаратов

таганрогский государственный радиотехшческий

университет

*. '"Г»

. .1 I,- ;',

На правах рукописи

Некрасов Алексей Валентинович

исследование и разработка радиотехнических методов измерения параметров морского волнения с летательных аппаратов

Специальность 05.12.17. - Радиотехнические и телевизионные

системы и устройства

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Таганрог 1997

Работа выполнена на кафедре радиоприемных устройств и телевидения

Таганрогского государственного радиотехнического университета

НАУЧНЫЕ РУКОВОДИТЕЛИ - доктор технических наук, профессор

Гарнакерьян A.A.;

- кандидат технических наук, доцент Обуховец В. А.

ОФИЦИАЛЬНЫЕ ОППОНЕНТЫ - доктор технических наук, профессор,

академик МАИ Расщепляев Ю.С.;

- кандидат технических наук, старший научный сотрудник Смирнов Е.А.

ВЕДУЩАЯ ОРГАНИЗАЦИЯ - Таганрогский авиационный научно-

технический комплекс им. Г. М. Бериева

Защита состоится "_" ЯНВАРЬ 1998 г. в _ часов на заседании

специализированного совета К 063.13.02 Таганрогского государственного радиотехнического университета по адресу: 347928, г. Таганрог, пер. Некрасовский 44, ауд. Д-406.

С диссертацией можно ознакомится в библиотеке университета. Автореферат разослан " б " 1997 г.

Ученый секретарь специализированного совета кандидат технических наук, доцент ,

В.В. Шеболков

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Диссертационная работа является результатом исследований и разработки радиотехнических методов измерения параметров морского волнения с летательных аппаратов (ЛА).

Актуальность темы. В рамках общей проблемы исследования поверхности планеты дистанционными методами важное значение имеет исследование Мирового океана.

Важное место в этой проблеме занимают задачи, связанные с созданием методов и технических средств неконтактного измерения параметров морского волнения.

Теоретическое и экспериментальное исследования статистических характеристик радиосигналов, отраженных от морской поверхности (МП), анализ их связи с основными параметрами морского волнения - высотой, длиной, наклонами, направлением распространения волн, скоростью и направлением ветра над поверхностью моря открывают возможности для создания радиотехнических средств измерения этих параметров с ЛА и искусственных спутников Земли (ИСЗ).

Информация о состоянии МП, скорости и направлении ветра над ней необходима для повышения достоверности прогноза погоды на континентах и волнения в океанах и морях, обеспечения навигации, строительства и эксплуатации портов и различных гидротехнических сооружений, океанографических научных исследований и обеспечения безопасной посадки ЛА на воду.

Несомненным преимуществом радиотехнических методов измерения параметров морского волнения с борта ЛА и ИСЗ является то, что их эффективность практически не зависит от метеорологических условий и времени суток, они позволяют проводить оперативные измерения на больших акваториях океана.

Несмотря на бурное развитие данного научного направления, методы измерения отдельных параметров морского волнения с ЛА и ИСЗ недостаточно разработаны и исследованы. При разработке методов оперативного измерения параметров морского волнения основное внимание уделялось определению высоты волн. Таким важным параметрам, как длина, период, углы наклона и направление распространения волн, скорость и направление приводного ветра исследователи уделяли недостаточное внимание. Недостаточно разработаны методы оперативного определения спектра морского волнения. Несмотря на большую потребность, в настоящее время отсутствуют серийно выпускаемые

промышленные образцы бортовой аппаратуры для обеспечения безопасной посадки ЛА на МП. В основном это связано со сложностями теоретического анализа и экспериментальной разработки методов определения состояния МП. Поэтому, исследование и разработка новых методов измерения параметров морского волнения является актуальной задачей.

Важной задачей также является дальнейшее совершенствование и исследование моделей отражения радиоволн от МП с учетом новых выявленных ее особенностей, исследование недостаточно изученных методов с целью анализа их ограничений, погрешностей и возможного применения на ЛА.

Особое место занимает задача создания радиотехнического комплекса для измерения основных параметров морского волнения и обеспечения безопасной посадки ЛА на МП путем одновременного измерения нескольких параметров, несущих основную информацию о процессе морского волнения.

Цель диссертационной работы. Разработать и исследовать методы оперативного измерения параметров морского волнения и ветра для получения наиболее полной информации о состоянии МП и обеспечения безопасной посадки ЛА на воду.

Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие основные задачи:

- исследовать и усовершенствовать модели отражения радиоволн от поверхности с крупными неровностями и от поверхности, представляемой в виде двухмасштабной структуры, с целью уменьшения алгоритмической погрешности методов измерения;

- выполнить анализ и выбор оптимальных методов пространственной селекции сигналов, отраженных от МП;

- исследовать способы и разработать алгоритмы определения скорости и навигационного направления ветра над МП;

- исследовать двухчастотные методы измерения высоты волн и спектральных характеристик морского волнения с целью расширения границ их применимости и выявления их новых возможностей, разработать алгоритмы измерения высоты, длины и направления распространения волн.

Методы исследований. Разработка и исследование моделей отражения радиоволн от МП проводилась аналитическим методом с применением методов теории вероятности, векторной алгебры и интегрального исчисления. Исследование методов пространственной селекции сигналов и влияния флуктуаций ЛА по крену и тангажу на положение осей диаграмм направленности антенн (ДНА) проводилось аналитическим методом.

Исследование разработанных алгоритмов измерения параметров морского волнения проводилось численными методами на ЭВМ. Оценка точности машинного моделирования, а также проверка отдельных теоретических положений осуществлялась путем сопоставления полученных решений с известными результатами натурных экспериментальных исследований.

Научная новизна. В рамках метода Кирхгофа решена задача обратного отражения СВЧ-радиоволн от поверхности с крупными неровностями, имеющей большую относительную диэлектрическую проницаемость, с учетом локального характера коэффициентов отражения Френеля, азимутальной зависимости дисперсии ее наклонов и их корреляции.

В рамках двухмасштабной модели решена задача обратного отражения СВЧ-радиоволн от МП для вертикально-вертикальной и горизонтально-горизонтальной поляризаций излучения и приема с учетом ее азимутальных анизотропных свойств, асимметрии волнового профиля относительно линии гребней и плотности вероятности наклонов, а также локальных углов ее визирования и элементов затенения.

Показано, что усовершенствованная двухмасштабная модель отражения СВЧ-радиоволн объясняет природу различия в величинах значений главного и второго максимума азимутальной зависимости удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР), а также смещение двух минимумов этой зависимости в сторону второго максимума.

На основе этой модели предложен метод получения оценки спектральной функции углового распределения для случая, когда известен только модуляционный спектр ряби в направлении визирования против ветра.

Разработаны алгоритмы измерений скорости и навигационного направления ветра, алгоритм коррекции результатов измерения высоты морских волн в зависимости от высоты полета, крена и тангажа JIA, алгоритм определения длины и главного направления бега морских волн. Получено положительное решение по результатам формальной экспертизы заявки на патент РФ "Устройство для измерения скорости и направления ветра над морской поверхностью" № 96102234/09(003817) (Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B.) и установлен приоритет от 6.02.96.

Основными положениями, выносимыми на защиту, являются:

- двухмасштабная модель обратного рассеяния СВЧ-радиоволн МП с учетом ее азимутальных анизотропных свойств, асимметрии волнового профиля относительно линии гребней и плотности вероятности ее наклонов, а также локальных углов ее визирования и элементов затенения;

- метод получения оценки спектральной функции углового распределения

для случая, когда известен только модуляционный'спектр ряби в направлении визирования против ветра;

- алгоритмы измерений скорости и навигационного направления ветра (абсолютным и относительным методами) по интенсивности отраженных сигналов от МП, алгоритм коррекции результатов измерения высоты морских волн в зависимости от высоты полета, крена и тангажа ЛА, алгоритм определения длины и главного направления бега морских волн.

Практическая ценность. Предложенные модели отражения СВЧ-радиоволн от взволнованной поверхности моря могут быть использованы для количественного анализа и физической интерпретации экспериментальных данных при проведении исследований морского волнения радиотехническими методами. Разработанные алгоритмы и структурные схемы устройств для измерения параметров морского волнения, скорости и навигационного направления ветра над МП могут быть внедрены в практику океанографических исследований и использованы при создании радиотехнических систем обеспечения безопасной посадки ЛА на поверхность моря.

Реализация работы. Результаты, полученные в диссертационной работе были использованы в госбюджетной НИР № 11341, проводившейся в соответствии с тематическим планом университета, и внедрены в ТАНТК им. Г.М. Бериева, НКБ "Миус" и ТРТУ.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на 4-й международной НТК "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах" в г. Вологда в 1994 г.;

- на международном научном симпозиуме "Природа и человек: взаимодействие и безопасность жизнедеятельности" в г. Таганрог в 1996 г.;

- на 2-й российской НТК "Современное состояние, проблемы навигации и океанографии" в г. Санкт-Петербург в 1995 г.;

- на молодежной НТК "21-е гагаринские чтения" в г. Москва в 1995 г.;

- на научно-техническом семинаре с международным участием "Теория и техника многофункциональных устройств обработки сигналов в условиях априорной неопределенности" в г. Таганрог в 1994 г.;

- на 39-й, 40-й, 41-й и 42-й НТК Таганрогского радиотехнического университета в 1993, 1994,1995, 1996 гг.;

- на всероссийской Ж студентов и аспирантов "Новые информационные технологии. Информационное, программное и аппаратное обеспечение" в г. Таганрог в 1995 г;

- на 3-й всероссийской НК студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления" в г. Таганрог в 1996 г.

Публикации. Основные научные результаты диссертационной работы отражены в 20 публикациях, из них: 17 печатных работ, 2 депонированные работы и 1 отчет по НИР.

Структура диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, четырех глав, заключения и приложений. Работа содержит 146 страниц машинописного текста, 32 рисунка, ссылки на литературу из 149 наименований и 2 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность поставленной проблемы, сформулирована цель и основные задачи, решаемые в диссертационной работе. Приведено краткое содержание диссертации по главам и основные результаты, представляемые к защите.

В первой главе рассмотрены статистические характеристики МП, проведен сравнительный анализ методов измерения параметров морского волнения в КВ- и СВЧ-радиодиапазонах, и на его основе поставлена задача исследования.

Во второй главе в рамках метода Кирхгофа решена задача обратного отражения СВЧ-радиоволн поляризаций ПП (первый индекс - поляризация излучения, второй - приема; В - вертикальная, Г - горизонтальная поляризации) от поверхности с крупными неровностями, имеющей большую

относительную диэлектрическую проницаемость е, при углах визирования 0, близких к вертикальному, с учетом локального характера коэффициентов

отражения Френеля Рлок.пп(0,е), зависимости дисперсии ее наклонов а2 (а) от азимута а и коэффициента их корреляции г. Выражение для удельной эффективной площади рассеяния (УЭПР) поверхности ст°пп(9,а) имеет вид

Рлок.пп(9, Е)

Здесь

.(0,е)

1-21§011еЬпп

л/п + 1 г ехр

1§2е

2а (а)(1-г2).

соз0

, ^о.. = соб9—г=, /г

V

. _ 2соз: 0 • , .

ГОгг = СОБ0--;=—, 11вв = 1£0СОБа

Г,

1 +

2СОБ0

Г; *

, {¡гт = гфсоэа

Г,

п - коэффициент анизотропности морского волнения,

N2

п=|т

л.

сту(90°).

~ 1 > Лиакс и Лмин - средние максимальная (вдоль

гребня) и минимальная (в направлении бега) длины морских волн.

Установлено, что для такой поверхности при углах визирования, близких к вертикальному, учет локального характера коэффициентов отражения Френеля не приводит к существенному изменению значений УЭПР, а учет корреляции наклонов существенно влияет на значение УЭПР, что говорит о необходимости практического исследования этой особенности для уточнения модели отражения.

В рамках двухмасштабной модели решена задача обратного отражения СВЧ-радиоволн от МП с учетом ее азимутальных анизотропных свойств, асимметрии волнового профиля относительно линии гребней и плотности вероятности ее наклонов, а также локальных углов ее визирования и элементов затенения. Предложена модель, в соответствии с которой среднее значение УЭПР МП при средних углах визирования а'2ппср(0,а) описывается выражением

+00

<Ь„„.ср(в>сО = К)а)а;л„(0ца>>сО*ЕУ(а) +

о

■МО

Здесь Wr =

т(а) , ■■г(а+180.) - плотность вероятности тангенсов углов наклона

у(а) и у(а + 180°) волнового профиля при визировании с произвольного направления а, Wy(аl =

2Р1(о1(0\а)

л/2пат(а) 2

(1 + 1ду(а^0)ехр 1ё2у(а)

2а* (а)

,О<1§у(а)<с1§0

1

л/2тист (а)

ехр

2с»

Чг1(а)(0\а) 1

--1

w

у(а+180")

а

2Р , m°,a + 180°)

-JSpi__i(l - tgy(a + 180°)tg9) x л/2лс7г(а +180 )

x exp

tg2y(a + 180°) 2aJ (a + 180°)

, 0 < tgy(a + 180°) < ctgQ

0, tgy(a +180°) > ctgQ

Pl(al(0°,a) и P|(a+|80 (0°,a + 180°) - вероятности облучения наклонов МП I(a) и l(a + 180°) при вертикальном визировании, сГ2пп(в[|0),а) и ^„„(е^^.а) -УЭПР плоской шероховатой поверхности при ее облучении с локальными углами визирования 0,'(п) =|9-у(а)| и 6[(а+]80-) = |б + У(а + 180°)| с

азимутального направления a.

Показано, что УЭПР МП существенно зависит от дисперсии наклонов, для которой получено выражение

0 + к«Г

(k^. + cosa) +

sin2 a n + 1

Здесь кК - коэффициент асимметрии волнового профиля относительно линии гребней

К сту(0°) + ау(180°)'

Усовершенствованная двухмасштабная модель позволила объяснить причину появления различий в величинах главного и второго максимумов азимутальной зависимости УЭПР, а также смещение ее минимумов в сторону второго максимума, которые соответствуют азимутам минимальных значений дисперсии наклонов

а = я + агссо^к^ (п + 1)/п).

Показано, что асимметрия волнового профиля относительно линии гребней мало влияет на УЭПР МП при малых углах визирования.

Проведен качественный и количественный сопоставительный анализ известных экспериментальных и теоретических зависимостей УЭПР МП. Показано, что выражение Кокса и Манка для дисперсии наклонов чистой МП может быть использовано для получения оценок интенсивности отраженного МП сигнала в сантиметровом диапазоне радиоволн.

Выполнен сравнительный анализ спектров морского волнения и сопоставление расчетных угломестных и азимутальных зависимостей УЭПР МП рассматриваемых моделей при различных скоростях ветра и видах

поляризации с экспериментальными данными сантиметрового диапазона радиоволн, которое показало, что в рамках двухмасштабной модели достаточно хорошо качественно и количественно объясняются основные закономерности отражения радиоволн при малых и средних углах визирования в диапазоне скоростей ветра 3-15 м/с. Наилучшее соответствие дают эмпирические модели СМСЮ4, СМСЮ1Р112 и теоретическая модель автора, объясняющая особенности отражения СВЧ-радиоволн сантиметрового диапазона.

Представление УЭПР МП в рамках двухмасштабной модели в виде а°2ппср(е.а)*ст;пп(е,а)кнод(аг(а),е), где ст^е.а) - УЭПР плоской шероховатой поверхности, киоя(ау(а),0) - коэффициент, учитывающий

модуляцию отраженного сигнала наклонами крупномасштабной структуры, позволило предложить метод получения оценки спектральной функции углового распределения <±„ш(в,а.) = с\те?(Ъ,а)/а'2тлр{Ъ$') для случая, когда известен только модуляционный спектр волновых чисел ряби в направлении визирования против ветра 8мод(к,0°), а спектр волновых чисел ряби плоской шероховатой поверхности Б(к,0°) не известен. Модуляционный спектр ряби $5„0д(к'а) представляется в следующем виде

8мод(к,а) = 5мм(к,О°)дмм(0,а).

Установлено, что представление ряби в виде анизотропной структуры дает лучшее совпадение теоретических и экспериментальных зависимостей УЭПР МП, при этом крупномасштабная структура МП анизотропна в большей степени чем рябь.

В третьей главе исследованы методы пространственной селекции сигналов, отраженных от МП, для которых получены основные выражения, выработаны рекомендации по оптимальному расположению осей ДНА с целью минимизации необходимого времени наблюдения и влияния нестабильности полета ЛА по крену и тангажу. Выполнена оценка возможной точности оперативных измерений абсолютным и относительным методами.

Исследованы три способа определения навигационного направления и скорости ветра над МП по интенсивности отраженного сигнала: при полете по кругу с неподвижной антенной, при полете по прямой с вращающейся антенной, при полете по прямой с несколькими неподвижными антеннами. Используя модель автора и рассмотренные эмпирические модели, разработаны алгоритмы измерения скорости и навигационного направления ветра с использованием моделирования на ЭВМ.

В общем случае, для полета по кругу с неподвижной антенной и полета по прямой с вращающейся антенной, задача определения навигационного направления ветра у, сводится к определению направления \|/а. ,

соответствующего максимальному значению интенсивности отраженного сигнала (УЭПР)

Ч/» = ч/а._±180\

а задача определения скорости ветра U - к определению уровня отраженного сигнала. Используя значения УЭПР, полученные для направлений визирования против ветра, по ветру и перпендикулярно к нему, дополнительно определяются п и к^.

Для полета по прямой с несколькими антеннами, используя модели, в которых азимутальная зависимость УЭПР МП а) при средних углах визирования может быть представлена выражением вида

ст° (9, а) = A(U, 0) + B(U, 9) cos а + C(U, 6) cos(2a), где A(U,0), B(U,0) и C(U,9) - коэффициенты, зависящие от скорости ветра и угла визирования, показано, что для определения скорости и направления ветра достаточно трех или четырех отсчетов УЭПР, разнесенных по азимуту на 120° или 90° соответственно, а возможная неоднозначность в определении направления ветра может быть устранена изменением курса ЛА соответственно на ±60° или ±45°. Скорость ветра определяется по сумме значений азимутальных отсчетов УЭПР, а направление ветра из решения системы уравнений, составленной из уравнений для азимутальных отсчетов УЭПР.

Показано, что в случае четырехантенной системы для определения навигационного направления ветра не обязательно решать систему уравнений, а можно разбить пространство возможных решений на четыре квадранта или два полупространства и уже в них искать у,.

В случае квадрантов

H/ + a„±180°,

+180° - ara ±180° Н/ + 180°+сскв ±180°, V ~ап ±180°,

C;(a) > CTj(a +180°) и

02 (a + 90°) > a°2 (a + 270°) о°(а)<о;(а + 180°)и

(a + 90°) > a\ (a + 270°) ст;(а)<а°(а + 180°)и

cr°(a + 90°)<a°(a + 270°) а°2(а)>а°(а + 180°)и

c;(a + 90°)<c^(a + 270°)

где - курс ЛА, совпадающий с азимутом 1-й антенны, акв - азимут в квадранте,

' 0°, А > 1

а„ =-{0,5агссозА, — 1 < А < 1, 90°, А <-1

А_ р^ (а) + ст°2 (а + 180°) - 2А( Ц, 9) 2В(и,6)

В случае полупространств

'ч/-апп ±180°, а°(а) + а;(а + 90°)>

> а\ (а + 180°) + а; (а + 270°) у-90° +а„„ ±180°, ст°(а) + а^(а + 90°)<

< СТ2 (а +180°) + ст^ (а + 270°) где апп - азимут в полупространстве,

' 45°, А > 1

апп = • 45° - агссоэА, -1 < А < 1, -135°, А < -1

_ а: (а) - а°2(а + 90°) - а;(а +180°) + а°;(а + 270°) 2л/2В(и,0)

Показано, что относительные методы измерений позволяют устранить влияние систематического отклонения в уровне сигнала на точность определения скорости и направления ветра.

Для числа наклонных антенн (азимутальных отсчетов) па > 3 и одной антенны, направленной в надир, скорость ветра над МП может быть определена из решения уравнения

X = -тЦ- А(и, 9)и(0,01896 +1,21944 • 10'5и).

ы ст1(0 ) А го

Получено выражение, позволяющее оценить возможную высоту морских волн 3% обеспеченности Н3% при ветровом волнении

Н,,. =4,73-10"2и''71.

МП

Получено выражение, описывающее влияние нефтяной пленки на УЭПР а^(е,а) = а°(0,а)(1-кпокр(1-кШ1)).

Здесь 0^(9, а) и ст°(0,а) - УЭПР МП покрытой пленкой и свободной от нее, ^покр - коэффициент, показывающий какая часть облучаемой МП покрыта пленкой, к^ - коэффициент, учитывающий влияние пленки на УЭПР чистой МП, ка, = ехр(-0,Шап(9-9н)), 9Н - угол визирования при котором значения УЭПР для чистой МП и покрытой пленкой одинаковы, 9Н = 10—12°.

Показано, что наличие нефтяной пленки на МП будет существенно занижать показания измерителя скорости ветра, работа которого основана на измерении параметров по интенсивности сигналов сантиметрового диапазона, отраженных от МП. Однако, эта особенность может быть использована для оперативного обнаружения и определения масштабов загрязнения МП нефтепродуктами.

Разработаны структурные схемы измерителей скорости и навигационного направления ветра над МП.

В четвертой главе проведено исследование метода определения высоты морских волн по модулю и квадрату модуля взаимной корреляционной функции отраженных сигналов, разнесенных по частоте. Выработаны требования к параметрам системы зондирования. Предложен и исследован алгоритм коррекции результатов измерения Н3% в зависимости от высоты полета, параметров системы зондирования, крена и тангажа ЛА, позволяющий существенно увеличить максимальную высоту применимости метода с ЛА.

Выражение для определения высоты волн имеет следующий вид

1п(|рс „ (до!2 ) + 111^ (1 - К-1.к„)].

1,688ДГ "у соэ2 9^

Здесь с - скорость света, ДГ- разность частот излучаемых сигналов, 0^ -отклонение угла визирования от вертикали вследствие влияния крена у и тангажа 9 ла, |рС1ПМ(ДО|2 - измеренное значение квадрата модуля нормированной взаимной частотной корреляционной функции отраженных

сигналов, ке_ ко = ^ _ ШИрИна дна, я0 - расстояние от

источника излучения радиосигнала до середины облучаемой площадки поверхности.

Разработана структурная схема измерителя высоты морских волн, выполнен анализ погрешностей измерения и сформулированы требования к времени усреднения.

Рассмотрены вопросы применения двухчастотного скатерометра (ДЧС) для определения характеристик морского волнения, таких как модуляционный спектр, длина и направление бега морских волн.

Предложен алгоритм определения длины морских волн, коэффициента анизотропности морского волнения и подход к устранению неоднозначности в определении направления бега морских волн с помощью ДЧС по максимальному значению модуляционного спектра или интенсивности отраженного от МП сигнала.

Разработана структурная схема ДЧС.

Рассмотрены принципы построения бортовых СВЧ-радиотехнических систем обеспечения безопасной посадки ЛА на МП и исследования характеристик морского волнения.

В заключении сформулированы основные результаты диссертационной работы.

Приложения содержат программы моделирования отражения СВЧ-радиоволн сантиметрового диапазона от МП и алгоритмов работы разработанных измерителей.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ

Основные результаты исследования и разработки радиотехнических методов измерения параметров морского волнения с ЛА сформулированы в Заключении.

1. В рамках метода Кирхгофа решена задача обратного отражения радиоволн СВЧ-диапазона от поверхности с крупными неровностями, имеющей большую относительную диэлектрическую проницаемость. Установлено, что при углах визирования, близких к вертикальному, учет локального характера коэффициентов отражения Френеля мало влияет на величину УЭПР (при 9 = 10' различие до 0,5 дБ, при 6 = 20° - до 1,5 дБ), а учет корреляции наклонов приводит к существенному изменению значений УЭПР (до десятков децибел).

2. В рамках двухмасштабной модели решена задача обратного отражения радиоволн СВЧ-диапазона от МП для вертикально-вертикальной и горизонтально-горизонтальной поляризаций излучения и приема с учетом ее азимутальных анизотропных свойств, асимметрии волнового профиля относительно линии гребней и плотности вероятности ее наклонов, а так же локальных углов ее визирования и элементов затенения. Предложенная модель отражения радиоволн от МП позволяет объяснить различие в величинах

главного и второго максимума и смещение минимумов в сторону второго максимума азимутальной зависимости УЭПР. Наилучшее соответствие расчетных и экспериментальных зависимостей дают теоретическая модель автора и эмпирические модели СМСЮ4 и СМСЮ1Р112.

3. Предложен метод получения оценки спектральной функции углового распределения для случая, когда известен только модуляционный спектр ряби в направлении визирования против ветра.

4. Получены выражения для определения основных характеристик методов пространственной селекции сигналов, отраженных от МП. Рассмотрено влияние одновременной нестабильности полета ЛА по крену и тангажу на положение оси ДНА. Выработаны рекомендации по выбору оптимальных положений ДНА с позиции минимизации необходимого времени наблюдения и влияния нестабильности положения ЛА по крену и тангажу.

5. Исследованы способы определения навигационного направления и скорости ветра над МП по интенсивности отраженного сигнала: при полете по кругу с неподвижной антенной, при полет по прямой с вращающейся антенной, при полете по прямой с несколькими неподвижными антеннами. В соответствии с рассмотренными моделями разработаны алгоритмы определения абсолютным и относительным методами скорости и направления ветра над МП. Применение алгоритмов для полета по прямой с тремя и более неподвижными антеннами, расположенными с одинаковым азимутальным шагом, позволяет существенно сократить необходимое время измерения (в 1824 раза) по сравнению с алгоритмами для полета по кругу с неподвижной антенной и для полета по прямой с вращающейся антенной. Разработаны структурные схемы измерителей скорости и навигационного направления ветра.

6. В результате исследования метода определения высоты морских волн по модулю взаимной корреляционной функции отраженных сигналов, разнесенных по частоте, предложен алгоритм коррекции результатов измерений в зависимости от высоты полета, крена и тангажа ЛА, позволяющий существенно увеличить максимальную высоту применения метода (в 3 раза при 6а = 1,5° и Дf = 64MГц). Разработана структурная схема измерителя высоты волн.

7. Рассмотрены вопросы применения двухчастотного скатерометра для определения характеристик морского волнения. Предложен алгоритм определения длины морских волн, коэффициента анизотропности морского волнения и подход к устранению неоднозначности в определении направления

бега морских волн. Разработана структурная схема двухчастотного скатерометра.

8. Разработана концепция и исследованы пути создания СВЧ-радиотехнической системы для получения наиболее полной информации о состоянии МП независимыми методами и обеспечения безопасной посадки JIA на воду. Сочетание исследованных методов и их техническая реализация в едином приборе позволяет обеспечить высокую информативность и оперативность измерений в сочетании с приемлемыми для JIA масса-габаритными характеристиками бортовой аппаратуры.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

1. Некрасов A.B. Радиолокационный измеритель параметров морского волнения и загрязнения поверхности моря на основе ее уточненной модели// Изв. вузов. Электромеханика, 1995, N4. С37-41.

2. Некрасов A.B. Определение масштабов загрязнения поверхности моря радиолокационным методом с летательного аппарата// Тез. докл. молодежной НК "21-е гагаринские чтения". Часть 5. М.: МГАТУ, 1995. С37.

3. Некрасов A.B. Уточнение выражения для удельной эффективной площади рассеяния морской поверхности при углах визирования, близких к вертикальному// Сб. научных трудов молодых ученых. Таганрог: ТРТУ, 1995. С120-121.

4. Некрасов A.B. Радиолокационное зондирование нефтяных загрязнений на поверхности моря с летательного аппарата// Известия. Материалы 40-й НТК. Таганрог: ТРТУ, 1995, N1. С32-33.

5. Некрасов A.B. О рассеянии радиосигнала СВЧ-диапазона поверхностью моря// Рассеяние электромагнитных волн. Междуведомственный тематический сборник. Вып. 10. Таганрог, 1995. С98-103.

6. Некрасов A.B. Бортовой измеритель параметров морского волнения для обеспечения посадки на водную поверхность// Тез. докл. третьей всероссийской НК студентов и аспирантов "Техническая кибернетика, радиоэлектроника и системы управления". Таганрог: ТРТУ, 1996. С27-28.

7. Некрасов A.B. Бортовой радиолокационный комплекс обеспечения безопасной посадки на водную поверхность// Тез. докл. международного научного симпозиума "Природа и человек: взаимодействие и безопасность жизнедеятельности". Таганрог: ТРТУ, 1996. С89-91.

8. Некрасов A.B. О выборе метода пространственной селекции сигналов, отраженных от морской поверхности, для определения скорости и направления ветра над ней с летательного аппарата// Известия. Материалы 41-й НТК. Таганрог: ТРТУ, 1997, N1(4). С38.

9. Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B. Влияние скорости ветра на спектральную плотность мелкой структуры морской поверхности// Материалы 39-й НТК. Таганрог: ТРТУ, 1993. С34-35.

10. Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B., Лобач В.Т. К вопросу определения радиолокационным методом скорости и направления ветра над морской поверхностью// Тез. докл. 4-й Международной НТК "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах". М.: МГТУ ГА, 1994. С120-122.

11. Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B. Радиолокационное зондирование нефтяных загрязнений морской поверхности// Тез. докл. 4-й Международной НТК "Распространение и дифракция электромагнитных волн в неоднородных средах". М.: МГТУ ГА, 1994. С124-126.

12. Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B. Расчет удельной эффективной плошади рассеяния морской поверхности с учетом асимметрии профиля крупных волн// Деп. раб. N2459-B94 от 31.10.94. М.: ВИНИТИ. 7с.

13. Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B. Учет влияния плотности вероятности наклонов морской поверхности на удельную эффективную площадь рассеяния// Деп. раб. N2460-B94 от 31.10.94. М.: ВИНИТИ. 12с.

14. Исследование и разработка радиолокационных методов и аппаратуры зондирования природной среды// Отчет о НИР/ Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B., Лобач В.Т., Шибаева Е.М., Снежкова Л.А., Воронов С.А., Лобач Я.В., Кравец A.B. Per. N 01.95.0005950, ТРТУ, Таганрог, 1995. 53с.

15. Гарнакерьян A.A., Лобач В.Т., Некрасов A.B., Кравец A.B. Определение длины и главного направления бега морских волн в СВЧ-диапазоне с летательного аппарата// Тез. докл. второй всероссийской НТК "Современное состояние, проблемы навигации и океанографии". Санкт-Петербург: ГНИНГИ МО РФ, 1995. С122.

16. Некрасов A.B., Кравец A.B. Бортовой радиолокационный измеритель скорости и навигационного направления ветра над морской поверхностью// Тез. докл. всероссийской Ж студентов и аспирантов "Новые информационные технологии. Информационное программное и аппаратное обеспечение". Таганрог: ТРТУ, 1995. С192-193.

17. Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B. О влиянии мелкой структуры на удельную ЭПР морской поверхности// Известия. Материалы 40-й НТК. Таганрог: ТРТУ, 1995, N1. С31-32.

18. Гарнакерьян A.A., Некрасов A.B., Лобач В.Т. Радиолокационный измеритель степени волнения и нефтяных загрязнений морской поверхности// Тез. докл. научно-техн. семинара с международным участием "Теория и техника многофункциональных устройств обработки сигналов в условиях априорной неопределенности". Таганрог: ТРТУ, 1996. С17-18.

19. Гарнакерьян A.A., Лобач В.Т., Некрасов A.B., Кравец A.B. Определение длины и главного направления распространения морских волн двухчастотным методом с самолета// Известия. Материалы 41-й НТК. Таганрог: ТРТУ, 1997, N1(4). С35-36.

20. Некрасов A.B., Кравец A.B. О взаимосвязи среднеквадратической высоты морской поверхности и скорости ветра над ней при развитом волнении//Известия. Материалы 41-й НТК. Таганрог: ТРТУ, 1997, N1(4). С37.