Пассивные микроволновые системы. Теория антенн, страница 5

Электронное сканирование обладает некоторыми недостатками. Во-первых, увеличивается комплексность системы. Во-вторых, за счет ошибок определения фазы и ввода коррекций увеличивается общая погрешность.

7.3. Основные применения пассивной микроволновой радиометрии

Пассивные микроволновые радиометры применяются как для наблюдений за поверхностью Земли, так и для атмосферного зондирования. В данной главе будут описаны системы наблюдения за поверхностью Земли, а системы атмосферного зондирования будут рассмотрены в п. 7.6.

7.3.1. Океанография

Изображения, полученные пассивными микроволновыми радиометрами, применяются в основном в океанографии, в частности для определения температуры морской поверхности (SST). Относительная точность определения температуры при этом составляет порядка 0,2 К, а общая точность — 1 К, если корректно ввести поправки на атмосферные эффекты. Так как на яр костную температуру поверхности океана влияет не только ее физическая температура, но и частота наблюдения, поляризация, соленость, неровность поверхности и некоторые свойства материала поверхности (пены или пленки), для достижения необходимой точности определения температуры поверхности океана применяется многократное получение изображения на разных частотах и с разной поляризацией. Длина волны поглощения морской воды составляет 1 см, что сравнительно больше, чем тепловое инфракрасное излучение. Если использовать изображения в тепловом инфракрасном диапазоне (см. п. 6.3.5.2) и в микроволновом диапазоне, то можно повысить точность определения температуры поверхности океана. На вклейке 5 представлен пример определения температуры поверхности океана на основе пассивной микроволновой радиометрии.

На низких частотах метод пассивной микроволновой радиометрии позволяет определить соленость океана. На частоте ниже 5 ГГц проводимость ионов морской воды увеличивает мнимую часть диэлектрической постоянной по сравнению с чистой водой, что увеличивает коэффициенты отражения Френеля и уменьшает излучательную способность (рис. 7.6). Однако этот метод малоприменим в космических технологиях, так как спутники работают на высоте 800 км, что недостаточно для этого метода, так как требуется изображение поверхности океана шириной 200 км.

Метод пассивной микроволновой радиометрии позволяет определять также неровности поверхности океана — волны, вызванные ветром. Определив размер волн, можно сделать приблизительное заключение о скорости ветра. Как известно, от скорости ветра зависит размер волн и появление на поверхности пены. Следовательно, кроме размера волн учитывается и количество пены. Однако неровности океана — это набор волн самого разного размера, поэтому точность определения скорости ветра достаточно низка. Но выяснилось, что скорость ветра влияет на горизонтальный компонент поляризации излучения (на вертикальную составляющую поляризации не влияет). Для определения скорости ветра оптимальным является наблюдение пассивным микроволновым радиометром за поверхностью океана под углом 50° к надиру. При этом точность измерений составляет ± 2 м/с.

Еще одним применением пассивной микроволновой радиометрии в океанографии является идентификация морского льда. На частотах ниже 30 ГГц излучательная способность морского льда значительно больше излучательной способности морской воды (рис. 7.7), поэтому определить поверхность океана, покрытую льдом, достаточно легко. Кроме того, как показано на рис. 7.7, различные типы льда обладают разными излучательными способностями. Поэтому, проводя наблюдения на разных частотах, можно установить не только свободную ото льда поверхность океана, но и типы льдов на поверхности океана, покрытой льдом. На вклейке 6 представлен пример такого применения пассивной микроволновой радиометрии.