RU2274877C2

RU2274877C2 - Panoramic radar method of determining condition of ocean's layer surface from satellite

Info

Publication number: RU2274877C2
Application number: RU2003124710/09A
Authority: RU
Inventors: Владимир Юрьевич Караев (RU); Владимир Юрьевич Караев; Михаил Борисович Каневский (RU); Михаил Борисович Каневский
Original assignee: Институт прикладной физики РАН
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2003-08-07
Publication date: 2006-04-20
Also published as: RU2003124710A

Abstract

FIELD: radar engineering.

SUBSTANCE: method can be used for measuring parameters of sea storm; it can be also used in meteorology and oceanology for distant probing of surface layers of oceans from board of satellite. Microwave range probing pulses are irradiated by Doppler radar. Probing pulses are directed to surface of ocean in nadir; any pulse irradiates spot with sizes of 14x355 km on water surface. When receiving reflected pulses, time and Doppler range selection is used simultaneously inside spot of 14x355 km for elementary dissipating particles with sizes of 14x14 km. Then cross-sections of back dissipation σ0(θ_i) and σ0(θ_i+1) are determined for any two sequent "I"-th and "i+1"-th elementary dissipating particles. The cross-sections correct and determine dispersion of inclinations σ² _i(φ_j). The total dispersion of inclinations σ² _i for "i"-th elementary dissipating particles is determined and direction of propagation φ_wi of large-scale storm in "i"-th elementary dissipating particle is found. Speed V of surface wind is found by means of algorithm f V=F[σ_o, σ² _i(φ_j), σ² _i(φ_j+90°)] calculated by standard regression method.

EFFECT: improved efficiency of monitoring from board of satellite.

3 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации, а именно к радиолокационным методам определения параметров морского волнения, и может быть использовано в метеорологии и океанологии для дистанционного зондирования приповерхностного слоя океанов со спутника.The invention relates to radar, and in particular to radar methods for determining the parameters of sea waves, and can be used in meteorology and oceanology for remote sensing of the surface layer of the oceans from a satellite.

Обеспечение оперативного мониторинга состояния приповерхностного слоя океана со спутника в возможно более широкой полосе обзора является важным для составления достоверных прогнозов погоды, контроля за глобальными изменениями климата, обеспечения безопасности жизнедеятельности в прибрежных районах, изучения Мирового океана и решения множества других задач. При этом для действительно оперативного мониторинга желательно обеспечить построение с достаточным пространственным разрешением двумерного изображения водной поверхности, для чего необходимо определить (восстановить) в каждой "i"-ой элементарной ячейке полосы обзора дисперсию наклонов σ² _i водной поверхности и направление распространения крупномасштабного волнения φ_wi, а также восстановить в каждой ячейке скорость ветра V.Providing on-line monitoring of the state of the near-surface layer of the ocean from a satellite in the widest possible viewing range is important for making reliable weather forecasts, monitoring global climate changes, ensuring life safety in coastal areas, studying the World Ocean, and solving many other problems. Moreover, for truly operational monitoring, it is desirable to ensure the construction with a sufficient spatial resolution of a two-dimensional image of the water surface, for which it is necessary to determine (restore) the dispersion of the slopes σ ² _{i of the} water surface and the direction of propagation of large-scale waves φ _wi in each “i” elementary cell of the viewing band , and also restore wind speed V in each cell.

Известен способ определения параметров водной поверхности со спутника, оснащенного антенной радиолокатора с двухлучевой диаграммой направленности (D.Hauser et all., "Swimsat: A Real-Aperture Radar to Measure Directional Spectra of Ocean Waves from Space - Main Characteristics and Performance Simulation", J. Atmospheric and Oceanic Technology, 2001, v.18, p.p.421-437). Данный способ состоит в том, что с помощью двухлучевой антенны излучают две независимые последовательности коротких зондирующих импульсов в разных направлениях: первый луч (последовательность импульсов) направляют по нормали (т.е. в надир) к подстилающей водной поверхности, направление второго луча составляет 10° по отношению к первому лучу и этот второй луч вращают при движении спутника по отношению к надиру. На водной поверхности оба луча освещают пятна (оставляют след) с характерными размерами 18×18 км, а расстояние между пятнами (т.е. радиус участка, с которого собирают информацию) при высоте орбиты спутника порядка 500 км, составляет 88 км. Отраженную назад от водной поверхности часть мощности каждого зондирующего импульса обоих лучей принимают соответствующей антенной и записывают форму принимаемых отраженных импульсов. При сеансах связи эту информацию передают на станцию слежения, на которой с помощью компьютера проводят обработку принятых импульсов. Принятую последовательность импульсов первого луча обрабатывают по известному алгоритму, как в известных спутниковых альтиметрах (см., например, Alfred R. Zieger at all., NASA Radar Altimeter for TOPEX/POSEIDON Project, Proceedings of the IEEE, Vol.79, NO.6, June 1991), в результате чего по максимальному значению принятой мощности Р_max каждого отраженного импульса (по форме импульса) определяют сечение обратного рассеяния σ_о, по которому определяют (восстанавливают) величину скорости V приповерхностного ветра. При этом скорость ветра V восстанавливают с систематической ошибкой, обусловленной неоднозначностью связи между отраженной мощностью Р_max и скоростью ветра V, поскольку известно, что отраженная мощность зависит также и от дисперсии наклонов σ² _i водной поверхности, которая в свою очередь зависит от присутствия волн зыби, не связанных с ветром в точке измерения. По наклону переднего фронта каждого принятого импульса определяют высоту Н значительного волнения в освещенном пятне. Принятую последовательность импульсов второго луча обрабатывают как в самолетном измерителе спектра волн, однако перенос данного радиолокатора на спутник существенно ухудшает его разрешение, поскольку позволяет измерять лишь спектр волн, длина которых более 70 м, а высота - более 2 м, т.е. теряется информация о высоте и наклонах волн короче 70 м. К недостаткам данного способа относится и то, что в основу всех расчетов положено предположение об однородности волнений в пятне (элементе разрешения) с радиусом 88 км, что является некорректным с точки зрения океанологов, поскольку современные стандартные модели открытого океана используют сетку с элементом разрешения (элементарной ячейкой) для открытого океана 50×50 км и для прибрежных районов 28×28 км (см., например, "Satellites, Oceanography and Society" edited by D.Halpern. Elsevier, Amsterdam, p.p.35-56, 2000).A known method for determining water surface parameters from a satellite equipped with a dual-beam radar antenna (D. Hauser et all., "Swimsat: A Real-Aperture Radar to Measure Directional Spectra of Ocean Waves from Space - Main Characteristics and Performance Simulation", J Atmospheric and Oceanic Technology, 2001, v. 18, pp421-437). This method consists in the fact that using a two-beam antenna emit two independent sequences of short probe pulses in different directions: the first beam (a sequence of pulses) is directed along the normal (i.e. to nadir) to the underlying water surface, the direction of the second beam is 10 ° in relation to the first ray and this second ray rotate when the satellite moves in relation to the nadir. On the water surface, both beams illuminate spots (leave a mark) with characteristic dimensions of 18 × 18 km, and the distance between the spots (i.e. the radius of the area from which information is collected) at a satellite orbit altitude of about 500 km is 88 km. The part of the power of each probe pulse of both beams reflected back from the water surface is received by the corresponding antenna and the shape of the received reflected pulses is recorded. During communication sessions, this information is transmitted to a tracking station, where the received pulses are processed using a computer. The received sequence of pulses of the first beam is processed according to a well-known algorithm, as in well-known satellite altimeters (see, for example, Alfred R. Zieger at all., NASA Radar Altimeter for TOPEX / POSEIDON Project, Proceedings of the IEEE, Vol. 79, NO.6 , June 1991), as a result of which the backscattering cross section σ _о is determined from the maximum value of the received power P _{max of} each reflected pulse (by the shape of the pulse), from which the velocity V of the surface wind is determined (restored). In this case, the wind speed V is restored with a systematic error due to the ambiguity of the relationship between the reflected power P _max and the wind speed V, since it is known that the reflected power also depends on the variance of the slopes σ ² _{i of the} water surface, which in turn depends on the presence of swell waves not related to the wind at the measurement point. The slope of the leading edge of each received pulse determines the height H of significant excitement in the illuminated spot. The adopted sequence of pulses of the second beam is processed as in an airplane wave spectrum meter, however, the transfer of this radar to the satellite significantly affects its resolution, since it only measures the spectrum of waves with a length of more than 70 m and a height of more than 2 m, i.e. information about wave heights and inclinations shorter than 70 m is lost. The disadvantages of this method include the fact that all calculations are based on the assumption that waves are uniform in a spot (resolution element) with a radius of 88 km, which is incorrect from the point of view of oceanologists, since modern standard open ocean models use a grid with a resolution element (unit cell) for the open ocean 50 × 50 km and for coastal areas 28 × 28 km (see, for example, "Satellites, Oceanography and Society" edited by D. Halpern. Elsevier, Amsterdam , pp35-56, 2000).

Наиболее близким к заявленному способу по технической сущности является панорамный способ определения величины и направления скорости приповерхностного ветра над водной поверхностью со спутника с помощью скаттерометра (радиолокатора для определения скорости ветра), который выбран в качестве прототипа (пат. США №6137437 МПК⁷ G 01 S 13/60, публ. 24.10.2000). Способ - прототип заключается в том, что с помощью однолучевой вращающейся антенны с ножевой диаграммой направленности, т.е. узкой (1°-3°) в поперечном направлении и широкой протяженной (20°-25°) в продольном направлении, осуществляют наклонное зондирование (при углах падения от 28° до 51°) водной поверхности, что позволяет получить широкую (порядка 1500 км) полосу обзора, т.е. осуществить панорамный режим работы радиолокатора. Этой же антенной радиолокатора принимают последовательность отраженных импульсов, с помощью регистрирующего устройства записывают их форму и передают информацию на станцию слежения. Для обработки полученной информации используют временную селекцию по дальности, с помощью которой формируют элемент разрешения 50×50 км. Для восстановления скорости ветра (и его направления) применяется псевдооднопараметрический алгоритм, который получен методом регрессионного анализа измеряемых со спутника скаттерометрических данных о величине одного параметра - сечения обратного рассеяния σ_o и буйковых данных о соответствующих скоростях ветра V, при этом второй параметр - дисперсия наклонов σ² _i водной поверхности, также влияющий на зависимость σ_o от скорости ветра V не учитывается, поскольку в настоящее время его еще не умеют измерять из космоса.Closest to the claimed method in technical essence is a panoramic method for determining the magnitude and direction of the surface wind speed above the water surface from a satellite using a scatterometer (radar for determining wind speed), which is selected as a prototype (US Pat. No. 6,137,437 IPC ⁷ G 01 S 13/60, publ. 24.10.2000). The prototype method consists in using a single-beam rotating antenna with a knife radiation pattern, i.e. narrow (1 ° -3 °) in the transverse direction and a wide extended (20 ° -25 °) in the longitudinal direction, oblique sounding (at incidence angles from 28 ° to 51 °) of the water surface is carried out, which allows to obtain a wide (about 1500 km ) the span, i.e. to carry out a panoramic mode of operation of the radar. The same radar antenna receives a sequence of reflected pulses, using a recording device to record their shape and transmit information to the tracking station. To process the obtained information, temporary range selection is used, with the help of which a resolution element of 50 × 50 km is formed. To restore the wind speed (and its direction), a pseudo-one-parameter algorithm is used, which is obtained by the method of regression analysis of the scatterometric data measured from the satellite about the value of one parameter - the backscattering cross section σ _o and the buoy data on the corresponding wind speeds V, and the second parameter is the slope dispersion ² _{i of the} water surface, which also affects the dependence of σ _o on the wind speed V is not taken into account, because at present they still cannot measure it from space.

Таким образом, недостатком способа-прототипа является то, что он позволяет измерять (восстанавливать) только параметры ветра и не дает информацию о параметрах волнения водной поверхности. При этом для восстановления скорости ветра V используется полученная опытным путем зависимость V=f(σ_o), которая не является однозначной и поэтому дает систематическую ошибку.Thus, the disadvantage of the prototype method is that it allows you to measure (restore) only the wind parameters and does not provide information about the parameters of the waves of the water surface. In this case, to restore the wind speed V, the experimentally obtained dependence V = f (σ _o ) is used, which is not unique and therefore gives a systematic error.

Задачей, на решение которой направлено настоящее изобретение, является разработка панорамного радиолокационного способа определения состояния приповерхностного слоя океана, обеспечивающего измерение в каждой "i"- ой элементарной ячейке широкой полосы обзора следующих параметров: дисперсии наклонов σ_i ² водной поверхности, направления распространения φ_wi крупномасштабного волнения, а также более точное восстановление скорости V приповерхностного ветра за счет исключения вышеуказанной систематической ошибки.The problem to which the present invention is directed is the development of a panoramic radar method for determining the state of the near-surface layer of the ocean, ensuring the measurement of the following parameters in each "i" -th unit cell of a wide viewing band: the dispersion of the slopes σ _i ^{2 of the} water surface, the propagation direction φ _{wi of} large-scale unrest, as well as a more accurate restoration of the velocity V of the surface wind due to the elimination of the above systematic error.

Технический результат в разработанном способе достигается тем, что разработанный панорамный радиолокационный способ определения параметров состояния приповерхностного слоя океана со спутника, включает излучение зондирующих импульсов микроволнового диапазона доплеровским радиолокатором, снабженным однолучевой вращающейся антенной с ножевой диаграммой направленности, прием отраженных от водной поверхности импульсов, регистрацию их формы определение сечения обратного рассеяния σ_O и последующее вычисление по алгоритму скорости приповерхностного ветра V.The technical result in the developed method is achieved by the fact that the developed panoramic radar method for determining the state parameters of the surface layer of the ocean from a satellite includes the emission of probe pulses of the microwave range with a Doppler radar equipped with a single-beam rotating antenna with a knife radiation pattern, reception of pulses reflected from the water surface, registration of their shape determining the backscatter cross section σ _O and subsequent calculation using the algorithm speed n ipoverhnostnogo wind V.

Новым в разработанном панорамном радиолокационном способе является то, что ножевую диаграмму направленности антенны вращают вокруг вертикальной оси симметрии антенны, проходящей через ее центр, зондирующие импульсы направляют к поверхности океана в надир и каждым импульсом освещают на водной поверхности пятно с размерами, например, 14×355 км, а при приеме отраженных импульсов используют одновременно временную и доплеровскую селекции по дальности для выделения в упомянутом пятне 14×355 км элементарных рассеивающих ячеек с размерами, например 14×14 км. Затем определяют для каждых двух последовательных "i"-ой и "i+1"-ой ячеек сечения обратного рассеяния σ₀ (θ_i) и σ₀ (θ_i+1), которые корректируют с учетом гауссовой диаграммы направленности антенны в соответствии с выражениемNew in the developed panoramic radar method is that the knife antenna radiation pattern is rotated around the vertical axis of symmetry of the antenna passing through its center, the probe pulses are sent to the nadir to the ocean surface and each spot illuminates a spot with a size of, for example, 14 × 355 km, and when receiving reflected pulses, both time and Doppler distance selection are used simultaneously to select 14 × 355 km of elementary scattering cells with sizes, for example, in the said spot measures 14 × 14 km. Then, for every two consecutive “i” and “i + 1” cells, the backscatter cross sections σ ₀ (θ _i ) and σ ₀ (θ _{i + 1} ) are determined, which are adjusted taking into account the Gaussian antenna pattern in accordance with expression

δ_xi - ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 по мощности вдоль направления зондирования, θ_i - угол падения для "i"-ой элементарной ячейки, σ₀ (θ_i) - сечение обратного рассеяния "i"-ой элементарной ячейки. Затем определяют дисперсию наклонов σ_i ²(φ_j) вдоль азимутального направления зондирования φ_j для каждой "i"-ой ячейки:δ _xi is the width of the radiation pattern at the power level 0.5 along the sounding direction, θ _i is the incidence angle for the “i” th unit cell, σ ₀ (θ _i ) is the backscattering cross section of the “i” th unit cell. Then determine the variance of the slopes σ _i ² (φ _j ) along the azimuthal direction of sounding φ _j for each "i" -th cell:

где θ_i и θ_i+1 - углы падения для двух последовательных элементарных ячеек, σ_0к (θ_i) и σ_0к (θ_i+1) скорректированные сечения обратного рассеяния этих ячеек соответственно, j - номер азимутального направления, под которым наблюдается каждая элементарная ячейка.where θ _i and θ _{i + 1} are the angles of incidence for two consecutive unit cells, σ _0к (θ _i ) and σ _0к (θ _{i + 1} ) are the adjusted backscattering cross sections of these cells, respectively, j is the number of the azimuthal direction under which each unit cell.

После чего полную дисперсию наклонов для "i"-ой ячейки σ_i ² определяют из соотношения σ_i ²=σ_i ²(φ_j)+σ² _i(φ_j+90°). Далее по графику азимутальной зависимости дисперсии наклонов σ_i ²(φ_j) определяют направление φ_wi распространения в "i"-ой ячейке крупномасштабного волнения, а упомянутую скорость приповерхностного ветра V определяют по сечению обратного рассеяния σ₀ и дисперсиям наклонов σ² _i(φ_j) и σ² _i(φ_j+90°) с помощью алгоритма V=F[σ₀, σ² _i(φ_j), σ² _i(φ_j), σ² _i(φ_j+90°)], полученного стандартным методом регрессии.After that, the total variance of the slopes for the “i” cell σ _i ² is determined from the relation σ _i ² = σ _i ² (φ _j ) + σ ² _i (φ _j + 90 °). Further, according to the graph of the azimuthal dependence of the slope dispersion σ _i ² (φ _j ), the direction of propagation φ _wi in the “i” cell of large-scale waves is determined, and the surface wind speed V is determined by the backscattering cross section σ ₀ and the slope dispersions σ ² _i (φ _j ) and σ ² _i (φ _j + 90 °) using the algorithm V = F [σ ₀ , σ ² _i (φ _j ), σ ² _i (φ _j ), σ ² _i (φ _j + 90 °)] obtained by the standard regression method.

Целесообразно для более детального изучения отдельных участков водной поверхности сначала с помощью дополнительной временной селекции по дальности сформировать элементарные ячейки с размерами, например, 14×1 км, затем с помощью дополнительной доплеровской селекции по азимутальному углу φ_j выделить элементарные ячейки с размерами, например, 5×1 км.It is advisable for a more detailed study of individual sections of the water surface, first using additional time selection in range to form elementary cells with dimensions, for example, 14 × 1 km, then using additional Doppler selection in azimuthal angle φ _j, select elementary cells with dimensions, for example, 5 × 1 km.

В другом частном случае для определения средней длины волны L_m крупномасштабного волнения в каждой "i"-ой элементарной ячейке полосы обзора целесообразно создать по доплеровским скоростям с помощью дополнительных частотных фильтров, установленных в радиолокаторе, начальную точку отсчета для регистрации отраженных импульсов в каждой "i"-ой ячейке. После этого прием отраженных от водной поверхности импульсов и регистрацию их формы провести для каждой "i"-ой ячейки отдельно и стандартным алгоритмом по тангенсу угла наклона в средней точке переднего фронта импульса, зарегистрированного в "i"-ой ячейке, определить высоту Н значительного волнения в этой ячейке. Уточненное значение высоты Н значительного волнения в "i"-ой ячейке полосы обзора целесообразно получить путем вычисления среднего значения высоты Н по нескольким упомянутым измерениям в данной ячейке. После чего по упомянутому измеренному максимальному значению дисперсии наклонов σ_w ² в "i"-ой ячейке на графике фиг.6 и по уточненному значению высоты Н значительного волнения среднюю длину L_m крупномасштабного волнения следует определить из соотношения L_m=H/σ_w.In another particular case, in order to determine the average wavelength L _{m of} large-scale waves in each "i" -th unit cell of the span, it is advisable to create the starting point for recording reflected pulses in each "i using Doppler speeds using additional frequency filters installed in the radar "th cell. After that, the reception of the pulses reflected from the water surface and the registration of their shape should be carried out separately for each "i" -th cell and using the standard algorithm for determining the slope at the midpoint of the leading edge of the pulse recorded in the "i" -th cell, determine the height H of significant waves in this cell. It is advisable to obtain an updated value of the height H of significant disturbance in the "i" -th cell of the field of view by calculating the average value of the height H from the several mentioned measurements in this cell. Then, according to the aforementioned measured maximum value of the slope dispersion σ _w ² in the "i" -th cell in the graph of Fig. 6 and the specified value of the height H of significant waves, the average length L _{m of} large-scale waves should be determined from the relation L _m = H / σ _w .

На фиг.1 представлен вариант блок-схемы устройства для реализации разработанного способа.Figure 1 presents a variant of a block diagram of a device for implementing the developed method.

На фиг.2 представлена схема наблюдения поверхности океана в соответствии с разработанным способом. Направление полета выбрано вдоль оси Y и введена вторая система координат X₁ и Y₁, связанная с антенной и вращающаяся вместе с ней. Ось X₁ ориентирована вдоль продольной оси освещенного пятна на водной поверхности. Угол поворота φ_j оси X₁ относительно первой системы координат XY является азимутальным углом.Figure 2 presents a diagram of the observation of the surface of the ocean in accordance with the developed method. The flight direction is chosen along the Y axis and a second coordinate system X ₁ and Y _{1 is} introduced, connected with the antenna and rotating with it. Axis X _{1 is} oriented along the longitudinal axis of the illuminated spot on the water surface. The rotation angle φ _{j of the} axis X ₁ relative to the first coordinate system XY is the azimuthal angle.

Фиг.3 иллюстрирует вращение антенны по азимутальному углу φ_j во время движения спутника и дискретные измерения в элементарной "i"-ой ячейке полосы обзора под тремя азимутальными углами. Полоса обзора показана пунктирными линиями.Figure 3 illustrates the rotation of the antenna along the azimuthal angle φ _j during satellite motion and discrete measurements in the elementary "i" -th cell of the span at three azimuthal angles. The line of sight is indicated by dashed lines.

Фиг.4 иллюстрирует наблюдение двух последовательных "i"-ой и "i+1"-ой элементарных ячеек вдоль взаимно перпендикулярных направлений зондирования под углом φ_j и φ_j+90° во время движения спутника для определения дисперсии σ² _i(φ_j) и σ² _i(φ_j+90°).Figure 4 illustrates the observation of two consecutive "i" and "i + 1" -th unit cells along mutually perpendicular sensing directions at an angle φ _j and φ _j + 90 ° during satellite motion to determine the dispersion σ ² _i (φ _j ) and σ ² _i (φ _j + 90 °).

На фиг.5 представлен пример разбиения полосы обзора на элементарные рассеивающие ячейки.Figure 5 presents an example of dividing the span into elementary scattering cells.

На фиг.6 представлен график азимутальной зависимости дисперсии наклонов σ² _i(φ_j) в "i"-ой элементарной ячейке.Figure 6 presents a graph of the azimuthal dependence of the slope variance σ ² _i (φ _j ) in the "i" -th unit cell.

Один из вариантов устройства для реализации разработанного способа, представленный на фиг.1, содержит антенну 1, выполненную в виде фазированной антенной решетки с ножевой вращающейся диаграммой направленности. Антенна 1 через блок 2 электронного управления вращением диаграммы направленности соединена с импульсным доплеровским радиолокатором 3 сантиметрового диапазона, который в свою очередь соединен с регистрирующим устройством 4, выход которого соединен со входом приемопередатчика 5, обеспечивающего связь со станцией слежения (на чертеже не показана) на Земле. При этом управление всеми элементами устройства для реализации разработанного способа осуществляется с помощью блока управления 6, который имеет соединение с блоком 2 электронного управления, с радиолокатором 3, регистрирующим устройством 4 и приемопередатчиком 5.One of the variants of the device for implementing the developed method, presented in figure 1, contains an antenna 1 made in the form of a phased antenna array with a knife rotating radiation pattern. The antenna 1 through the electronic control unit 2 of the rotation of the radiation pattern is connected to a pulsed Doppler radar 3 of the centimeter range, which in turn is connected to a recording device 4, the output of which is connected to the input of the transceiver 5, which provides communication with a tracking station (not shown) on Earth . In this case, the control of all elements of the device for implementing the developed method is carried out using the control unit 6, which is connected to the electronic control unit 2, with a radar 3, a recording device 4 and a transceiver 5.

В качестве антенны 1 с вращающейся ножевой диаграммой направленности может быть использована, например, фазированная антенная решетка, разработанная Опытно-конструкторским бюро Московского энергетического института. В другом варианте изготовления устройства для реализации разработанного способа может быть использована вращающаяся однолучевая, щелевая антенна МИУС отечественного производства или однолучевая, щелевая антенна PR-5 чешского производства (фирма TESLA). Ножевая диаграмма направленности антенны обеспечивается за счет выбора размеров щели, например может быть сформирована ножевая диаграмма направленности с угловыми размерами 1°×25°. При высоте полета 800 км такая антенна освещает пятно на поверхности океана с размерами 14×355 км. Вращение диаграммы направленности антенны 1 вокруг вертикальной оси осуществляют с угловой скоростью порядка 6 об/мин.As the antenna 1 with a rotating knife beam pattern, for example, a phased antenna array developed by the Experimental Design Bureau of the Moscow Power Engineering Institute can be used. In another embodiment, the manufacture of a device for implementing the developed method can be used rotating single-beam, slotted antenna MIUS domestic production or single-beam, slotted antenna PR-5 Czech production (TESLA). The knife radiation pattern of the antenna is ensured by choosing the size of the slit, for example, a knife radiation pattern with angular dimensions of 1 ° × 25 ° can be formed. At a flight altitude of 800 km, such an antenna illuminates a spot on the surface of the ocean with dimensions of 14 × 355 km. The rotation of the radiation pattern of the antenna 1 around the vertical axis is carried out with an angular speed of about 6 rpm.

В качестве доплеровского радиолокатора 3 может быть использован, например, доплеровский измеритель скорости и сноса ДИИС (г.Каменск-Уральский) или доплеровский радиолокатор, изготавливаемый в ЦНИИ "Комета" г.Москва. В качестве регистрирующего устройства 4 и приемопередатчика 5 могут быть использованы любые стандартные устройства подобного назначения, эксплуатируемые на спутниках в настоящее время для записи информации и передачи ее на Землю. Импульсный доплеровский радиолокатор 3 обеспечивает длительность зондирующих импульсов от 100 нс до 2000 нс с частотой повторения порядка 5 кГц при длине волны радиолокатора 2,1 см.As a Doppler radar 3 can be used, for example, a Doppler speed and drift meter DIIS (Kamensk-Uralsky) or a Doppler radar manufactured at the Central Research Institute "Comet" Moscow. As a recording device 4 and a transceiver 5, any standard devices of a similar purpose, currently used by satellites to record information and transmit it to Earth, can be used. Pulse Doppler radar 3 provides a duration of probing pulses from 100 ns to 2000 ns with a repetition rate of the order of 5 kHz at a radar wavelength of 2.1 cm.

Разработанный панорамный радиолокационный способ определения параметров состояния приповерхностного слоя океана осуществляют следующим образом.The developed panoramic radar method for determining the state parameters of the surface layer of the ocean is as follows.

В ходе полета спутника над акваторией океана посредством антенны 1 с вращающейся ножевой диаграммой направленности, управляемой блоком 2 электронного управления, и доплеровского радиолокатора 3, управляемого блоком 6 (см. фиг.1), излучают последовательность зондирующих импульсов по нормали к водной поверхности (см. фиг.2). При вращении ножевой диаграммы направленности с указанными угловыми размерами 1°×25° и скоростью вращения 6 об/мин на водной поверхности освещают полосу обзора шириной 355 км (для указанной высоты полета 800 км), что позволяет получить изображение происходящего на поверхности океана процесса. При этом каждый отдельный импульс излучения радиолокатора 3 освещает при указанной высоте полета пятно с размерами порядка 14×355 км (см. фиг.3). Этой же антенной 1 с радиолокатором 3 принимают последовательность отраженных от водной поверхности импульсов, которые обрабатывают и запоминают в регистрирующем устройстве 4 до очередного сеанса связи со станцией слежения на Земле. С помощью приемопередатчика 5 осуществляют обмен информацией со станцией слежения, при этом принятые команды поступают в блок управления 6, с помощью которого координируют работу всего устройства для реализации разработанного способа.During the flight of the satellite over the ocean by means of an antenna 1 with a rotating knife beam pattern controlled by electronic control unit 2 and a Doppler radar 3 controlled by unit 6 (see Fig. 1), a sequence of probe pulses emit along the normal to the water surface (see figure 2). When the knife radiation pattern is rotated with the indicated angular dimensions of 1 ° × 25 ° and a rotation speed of 6 rpm on the water surface, a field of view is illuminated with a width of 355 km (for the indicated flight altitude of 800 km), which makes it possible to obtain an image of the process occurring on the ocean surface. Moreover, each individual radiation pulse of the radar 3 illuminates at a specified flight altitude a spot with dimensions of the order of 14 × 355 km (see figure 3). The same antenna 1 with radar 3 receives a sequence of pulses reflected from the water surface, which are processed and stored in the recording device 4 before the next communication session with the tracking station on Earth. Using the transceiver 5, information is exchanged with the tracking station, while the received commands are sent to the control unit 6, with which they coordinate the operation of the entire device to implement the developed method.

Обработка с помощью регистрирующего устройства 4 отраженных от водной поверхности зондирующих импульсов заключается в том, что с помощью известных временной и доплеровской селекции по дальности делят упомянутое освещенное пятно с размерами 14×355 км на элементарные "i"-ые (i меняется от 1 до N) рассеивающие ячейки, т.е. деление освещенного пятна проводят вдоль упомянутой (см. фиг.2) продольной оси X₁ этого пятна, которая вращается вместе с антенной 1 по азимутальному углу φ_j (см. фиг.3 и 4). Для каждой "i"-ой ячейки определяют мощность отраженного сигнала и сечение обратного рассеяния σ₀ (θ_i), где θ_i - угол падения зондирующего излучения на "i"-ую ячейку (см. фиг.2). Эта информация, как было отмечено выше, хранится в регистрирующем устройстве 4 до очередного сеанса связи со станцией слежения. Выбрав шаг по углу падения θ примерно равным 1°, получают деление полосы обзора на элементарные ячейки размером, например, 14×14 км (см. фиг.5). Далее уже на станции слежения проводят коррекцию по мощности принятого сигнала от каждой "i"-ой ячейки с учетом формы диаграммы направленности антенны 1, которая принята гауссовой и задается следующим выражением:The processing by means of a recording device 4 of probe pulses reflected from the water surface consists in the fact that using the known time and Doppler selection by distance, the mentioned illuminated spot with dimensions 14 × 355 km is divided into elementary “i” -ths (i varies from 1 to N ) scattering cells, i.e. division of the illuminated spot is carried out along the aforementioned (see FIG. 2) longitudinal axis X _{1 of} this spot, which rotates with the antenna 1 along the azimuthal angle φ _j (see FIGS. 3 and 4). For each "i" -th cell, the reflected signal power and backscattering cross section σ ₀ (θ _i ) are determined, where θ _i is the angle of incidence of the probe radiation on the "i" -th cell (see Fig. 2). This information, as noted above, is stored in the recording device 4 until the next communication session with the tracking station. Choosing a step along the angle of incidence θ of approximately 1 °, one obtains the division of the field of view into unit cells with a size of, for example, 14 × 14 km (see FIG. 5). Then, already at the tracking station, correction is carried out according to the power of the received signal from each "i" -th cell, taking into account the shape of the radiation pattern of antenna 1, which is accepted as Gaussian and is given by the following expression:

и

- ширина диаграммы направленности на уровне 0,5 по осям X₁ и Y₁ соответственно, R₀ - высота полета спутника. Для коррекции умножают мощность отраженного сигнала в "i"-ой элементарной ячейке (сечение обратного рассеяния σ₀ (θ_i)) на коэффициент, связанный с диаграммой направленности антенны 1. Формула перерасчета имеет следующий вид:

and

- the width of the radiation pattern at the level of 0.5 along the axes X ₁ and Y _1, respectively, R ₀ - the height of the satellite. For correction, multiply the power of the reflected signal in the "i" -th unit cell (backscattering cross section σ ₀ (θ _i )) by the coefficient associated with the radiation pattern of antenna 1. The recalculation formula has the following form:

После выполнения коррекции, как установлено авторами, дисперсия наклонов вдоль направления зондирования (оси X₁) вычисляется по следующей формуле:After performing the correction, as established by the authors, the variance of the slopes along the sounding direction (axis X ₁ ) is calculated by the following formula:

θ_i и θ_i+1 - углы падения для двух последовательных "i"-ой и "i+1"-ой элементарных ячеек вдоль направления зондирования (азимутального угла φ_j) см. фиг.4; σ_0к (θ_i) и σ_0к (θ_i+1) - скорректированные сечения обратного рассеяния этих ячеек соответственно, j - номер азимутального направления, под которым наблюдается каждая элементарная ячейка.θ _i and θ _{i + 1} are the angles of incidence for two consecutive "i" and "i + 1" th unit cells along the sounding direction (azimuthal angle φ _j ), see Fig. 4; σ _0к (θ _i ) and σ _0к (θ _{i + 1} ) are the adjusted backscatter cross sections of these cells, respectively, j is the azimuthal direction number under which each unit cell is observed.

Как видно из приведенной формулы (в знаменателе формулы сечение обратного рассеяния σ_0к(θ_i+1) в "i+1"-ой ячейке делится на сечение обратного рассеяния σ_0к(θ_j) в "i"-ой ячейке) при обработке экспериментальных данных со спутника в разработанном способе важны (используются) не абсолютные значения отраженной мощности (сечения обратного рассеяния) в каждой элементарной отражающей ячейке, а относительные изменения отраженной мощности - в соседних ячейках. За счет этого в разработанном способе удается избавиться от таких существенных проблем, как необходимость регулярной калибровки радиолокатора по мощности, необходимость учета ослабления отраженного сигнала дождевыми облаками, необходимость поддержания стабильной мощности радиолокатора в течение всего срока эксплуатации.As can be seen from the above formula (in the denominator of the formula, the backscattering cross section σ _0к (θ _{i + 1} ) in the "i + 1" cell is divided by the backscattering cross section σ _0к (θ _j ) in the "i" th cell) during processing The experimental data from the satellite in the developed method are important (used) not the absolute values of the reflected power (backscattering cross section) in each elementary reflecting cell, but the relative changes in the reflected power in neighboring cells. Due to this, in the developed method, it is possible to get rid of such significant problems as the need for regular radar calibration by power, the need to take into account the attenuation of the reflected signal by rain clouds, the need to maintain stable radar power over the entire life cycle.

Известно, что с достаточной степенью точности полная дисперсия наклонов поверхности представляет собой сумму дисперсий наклонов, измеренных в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Поэтому для определения полной дисперсии наклонов σ_i ² поверхности в каждой "i"-ой элементарной ячейке измеряют дисперсию наклонов в этой ячейке под разными азимутальными углами φ_j, используя вращение антенны 1 во время движения спутника (см. фиг.3 и 4). Квадраты на фиг.4 изображают "i"-ую и "i+1"-ую ячейки вдоль направлений зондирования под углами φ_j и φ_j+90°. Таким образом, определив дисперсию наклонов для двух взаимно перпендикулярных направлений, определяют полную дисперсию наклонов для "i"-ой ячейки σ_i ² из соотношения: σ² _i=σ² _i(φ_j)+σ² _i(φ_j+90°).It is known that, with a sufficient degree of accuracy, the total variance of the slopes of the surface is the sum of the variances of the slopes measured in two mutually perpendicular directions. Therefore, to determine the total dispersion of the slopes σ _i ^{2 of the} surface in each "i" -th unit cell, the variance of the slopes in this cell is measured at different azimuthal angles φ _j using the rotation of antenna 1 during satellite movement (see Figs. 3 and 4). The squares in figure 4 depict the "i" and "i + 1" -th cells along the sensing directions at angles φ _j and φ _j + 90 °. Thus, determining the variance of the slopes for two mutually perpendicular directions, determine the total variance of the slopes for the "i" -th cell σ _i ² from the relation: σ ² _i = σ ² _i (φ _j ) + σ ² _i (φ _j + 90 ° )

Следующим шагом при обработке данных является определение направления распространения φ_wi крупномасштабного волнения в "i"-ой ячейке. Поскольку в каждой "i"-ой ячейке дисперсия наклонов σ² _i(φ_j) определена для нескольких (разных) азимутальных углов φ_j, то по экспериментально измеренным точкам с помощью алгоритма, используемого в скаттерометрии, восстанавливают азимутальную зависимость дисперсии наклонов (см. фиг.6). Максимальное значение дисперсии σ_w ² на данном графике указывает искомое направление распространения крупномасштабного волнения φ_wi в "i"-ой ячейке.The next step in data processing is to determine the propagation direction φ _{wi of} large-scale waves in the "i" -th cell. Since the slope dispersion σ ² _i (φ _j ) in each “i” cell is determined for several (different) azimuthal angles φ _j , the azimuthal dependence of the slope dispersion is restored using experimentally measured points using the algorithm used in scatterometry (see 6). The maximum dispersion value σ _w ² in this graph indicates the desired direction of propagation of large-scale waves φ _wi in the "i" -th cell.

Скорость приповерхностного ветра V в "i"-ой ячейке определяют по измеренному с помощью регистрирующего устройства 4 в каждой ячейке сечению обратного рассеяния σ₀ (θ_i) и по измеренным во взаимно перпендикулярных направлениях в каждой ячейке дисперсиям наклонов σ² _i(φ_j) и +σ² _i(φ_j+90°) (см. выше). Для вычисления искомой скорости ветра V используют новый регрессионный алгоритм V=F[σ₀, σ² _i(φ_j), σ² _i(φ_j+90°)], который должен быть получен на начальном этапе калибровки радиолокатора спутника по стандартной методике (см., например, Witter and Chelton, A Geosat altimeter wind speed algorithm and a method for altimeter wind speed algorithm development, J. Geophysical Research, v.96, NC5, 1995, pp.8853-8860) с учетом упомянутых измеренных дисперсий наклонов σ² _i(φ_j) и σ² _i(φ_j+90°). Дисперсии наклонов σ² _i(φ_j) и σ² _i,(φ_j+90°) зависят не только от скорости ветра V, но и от присутствия в "i"-ой ячейке волн зыби, не связанных с ветром в данной ячейке, но влияющих на связь σ₀ со скоростью ветра V. Известные и используемые на сегодняшний день алгоритмы вычисления скорости приповерхностного ветра V учитывают только одну переменную - сечение обратного рассеяния σ₀ и не учитывают дисперсии наклонов водной поверхности в "i"-ой ячейке во взаимно перпендикулярных направлениях, которые существенно влияют на корреляцию σ_O со скоростью ветра V и поэтому, если их не учитывать, постоянно вносят ошибку в измерения. Точность определения скорости ветра V по новому алгоритму с учетом упомянутых дисперсий наклонов будет выше, что следует из математической статистики. Методика получения регрессионного алгоритма также известна (см. например, Г.Корн и Т.Корн "Справочник по математике для научных работников и инженеров", Москва, издательство "Наука", 1977 г. стр.553-557).The surface wind speed V in the "i" -th cell is determined by the backscattering cross section σ ₀ (θ _i ) measured using a recording device 4 in each cell and the slope dispersions σ ² _i (φ _j ) measured in mutually perpendicular directions in each cell and + σ ² _i (φ _j + 90 °) (see above). To calculate the desired wind speed V use the new regression algorithm V = F [σ ₀ , σ ² _i (φ _j ), σ ² _i (φ _j + 90 °)], which should be obtained at the initial stage of satellite radar calibration according to the standard method (see, for example, Witter and Chelton, A Geosat altimeter wind speed algorithm and a method for altimeter wind speed algorithm development, J. Geophysical Research, v.96, NC5, 1995, pp.8853-8860) taking into account the mentioned measured variances slopes σ ² _i (φ _j ) and σ ² _i (φ _j + 90 °). The variances of the slopes σ ² _i (φ _j ) and σ ² _i , (φ _j + 90 °) depend not only on the wind speed V, but also on the presence of swell waves in the “i” cell that are not related to the wind in this cell but affecting the relation between σ ₀ and wind speed V. The currently known and currently used algorithms for calculating near-surface wind speed V take into account only one variable — the backscattering cross section σ ₀ and do not take into account the variance of the slopes of the water surface in the “i” cell perpendicular directions, which substantially affect the σ _O correlation with the speed ve Mr. V, and therefore, if they are not taken into account, constantly making the error in the measurement. The accuracy of determining the wind speed V according to the new algorithm, taking into account the above-mentioned slope dispersions, will be higher, which follows from mathematical statistics. The methodology for obtaining the regression algorithm is also known (see, for example, G. Korn and T. Korn, "A Handbook of Mathematics for Scientists and Engineers", Moscow, Nauka Publishing House, 1977, pp. 553-557).

Таким образом, разработанный панорамный радиолокационный способ определения состояния приповерхностного слоя океана обеспечивает измерение в каждой "i"-ой элементарной ячейке широкой полосы обзора (шириной 355 км) следующих параметров: дисперсии наклонов σ_i ², направления распространения φ_wi крупномасштабного волнения, а также более точное восстановление скорости приповерхностного ветра V, т.е. позволяет решить поставленную задачу и получить двумерное изображение рассеивающей водной поверхности в широкой полосе обзора.Thus, the developed panoramic radar method for determining the state of the near-surface layer of the ocean provides a measurement in each “i” elementary cell of a wide viewing band (355 km wide) of the following parameters: slope dispersion σ _i ² , propagation direction φ _{wi of} large-scale waves, as well as more accurate restoration of the surface wind speed V, i.e. allows us to solve the problem and obtain a two-dimensional image of a scattering water surface in a wide viewing range.

В одном частном случае реализации разработанного способа, когда необходимо повысить пространственное разрешение, т.е. когда необходимо более детальное исследование состояния приповерхностного слоя океана и требуется рассмотреть более мелкие элементарные ячейки чем, 14×14 км, целесообразно с помощью дополнительной временной селекции по дальности сначала сформировать элементарные ячейки с размером, например, 14×1 км. Такая элементарная рассеивающая ячейка будет представлять собой сегмент (отрезок) кольца шириной 1 км и длиной 14 км, благодаря чему оказывается зафиксированным для данной ячейки (сегмента кольца) угол падения θ₀, при этом разность доплеровских смещений V_допл. внутри данной ячейки оказывается зависящей, как это следует из известной формулы для доплеровского смещения V_допл=2V₀sin θ_i·sin φ_j, только от изменений азимутального угла φ_j внутри данной ячейки 14×1 км:In one particular case of the implementation of the developed method, when it is necessary to increase the spatial resolution, i.e. when a more detailed study of the state of the surface layer of the ocean is required and it is necessary to consider smaller unit cells than 14 × 14 km, it is advisable to first form elementary cells with a size of, for example, 14 × 1 km using additional time selection in range. Such an elementary scattering cell will be a segment (segment) of a ring 1 km wide and 14 km long, due to which the angle of incidence θ ₀ turns out to be fixed for a given cell (ring segment), and the difference of Doppler shifts V _dop. inside this cell is dependent, as follows from the well-known formula for the Doppler shift V _dopl = 2V ₀ sin θ _i · sin φ _j , only from changes in the azimuthal angle φ _j inside this cell 14 × 1 km:

V_допл=2V₀sinθ₀[sin(φ_j+1°)-sin(φ_j)], гдеV _add = 2V ₀ sinθ ₀ [sin (φ _j + 1 °) -sin (φ _j )], where

V₀ - скорость перемещения спутника, оснащенного устройством для реализации разработанного способа (ширина диаграммы направленности антенны 1 в азимутальном направлении выбрана 1°). Как установлено авторами, сильное изменение разности доплеровских смещений V_допл внутри ячейки 14×1 км происходит даже при изменении азимутального угла φ_j всего на 0,5-1° в следующих интервалах углов φ_j при каждом обороте антенны 1: в интервале φ_j от -45° до 45° и в интервале от 135° до 225°. Поэтому целесообразно использовать эту дополнительную доплеровскую селекцию по азимутальному углу φ_j для деления ячейки 14×1 км на 2-3 части по азимуту, т.е. для формирования элементарных ячеек с размерами, например, 5×1 км.V ₀ - the speed of movement of a satellite equipped with a device for implementing the developed method (the beam width of the antenna 1 in the azimuthal direction is selected 1 °). As established by the authors, a strong change in the difference of Doppler displacements V _dpl inside the cell 14 × 1 km occurs even when the azimuthal angle φ _j changes by only 0.5-1 ° in the following intervals of the angles φ _j for each revolution of antenna 1: in the interval φ _j from -45 ° to 45 ° and in the range from 135 ° to 225 °. Therefore, it is advisable to use this additional Doppler selection in the azimuthal angle φ _j to divide the cell 14 × 1 km into 2-3 parts in azimuth, i.e. for the formation of unit cells with dimensions, for example, 5 × 1 km.

В другом частном случае реализации разработанного способа, когда необходимо измерить среднюю длину волны L_m крупномасштабного волнения в каждой элементарной "i"-ой ячейке, размерами, например, 14×14 км, вначале по доплеровским скоростям с помощью дополнительных частотных фильтров, установленных в радиолокаторе 3, создают начальную точку отсчета для регистрации отраженных импульсов в каждой "i"-ой ячейке. После этого прием отраженных от водной поверхности импульсов и регистрацию их формы с помощью упомянутой временной селекции проводят для каждой "i"-ой ячейки отдельно и стандартным алгоритмом по тангенсу угла наклона в средней точке переднего фронта импульса, зарегистрированного в "i"-ой ячейке, определяют высоту H значительного волнения для нескольких азимутальных направлений в "i"-ой ячейке. Затем определяют уточненное значение высоты Н значительного волнения в "i"-ой ячейке путем определения среднего значения высоты Н по нескольким упомянутым измерениям в данной ячейке. После чего по упомянутому измеренному максимальному значению дисперсии наклонов σ_w ² в "i"-ой ячейке на графике фиг.6 и по уточненному значению высоты Н значительного волнения определяют среднюю длину волны L_m крупномасштабного волнения из соотношения L_m=H/σ_w. Высота Н и длина волны L_m крупномасштабного волнения имеют важное значение для численных моделей приповерхностного слоя океана, кроме того, от длины волны L_m напрямую зависит скорость распространения крупномасштабного волнения, т.е., например, насколько быстро зародившийся шторм достигнет прибрежной зоны.In another particular case of the implementation of the developed method, when it is necessary to measure the average wavelength L _{m of} large-scale waves in each unit "i" -th cell, with dimensions, for example, 14 × 14 km, first by Doppler speeds using additional frequency filters installed in the radar 3, an initial reference point is created for registering reflected pulses in each “i” th cell. After that, the reception of pulses reflected from the water surface and registration of their shape using the aforementioned time selection is carried out separately for each "i" -th cell and using the standard algorithm for the slope at the midpoint of the leading edge of the pulse recorded in the "i" -th cell, determine the height H of significant waves for several azimuthal directions in the "i" -th cell. Then determine the specified value of the height H of significant excitement in the "i" -th cell by determining the average value of the height H for several of the mentioned measurements in this cell. Then, according to the aforementioned measured maximum value of the slope dispersion σ _w ² in the "i" -th cell in the graph of Fig. 6 and the specified value of the height H of significant waves, the average wavelength L _{m of} large-scale waves is determined from the relation L _m = H / σ _w . The height H and the wavelength L _{m of} large-scale waves are important for numerical models of the surface layer of the ocean, in addition, the propagation velocity of large-scale waves directly depends on the wavelength L _m , i.e., for example, how quickly a storm begins to reach the coastal zone.

Таким образом, разработанный панорамный радиолокационный способ определения параметров состояния приповерхностного слоя океана позволяет построить двумерное изображение водной поверхности, что открывает возможности для анализа волновых процессов на поверхности океана, изучения их структуры и временной динамики при повторных наблюдениях, что необходимо для составления долгосрочных прогнозов погоды, для изучения Мирового океана и решения множества других прикладных задач.Thus, the developed panoramic radar method for determining the state parameters of the surface layer of the ocean allows us to construct a two-dimensional image of the water surface, which opens up the possibility of analyzing wave processes on the surface of the ocean, studying their structure and temporal dynamics during repeated observations, which is necessary for making long-term weather forecasts, for studying the oceans and solving many other applied problems.

Claims

1. Panoramic radar method for determining the state parameters of the surface layer of the ocean from a satellite, comprising emitting microwave sounding pulses with a Doppler radar equipped with a single-beam rotating antenna with a knife beam pattern, receiving microwave sounding pulses reflected from the water surface, recording their shape, determining the backscattering cross section σ ₀ and subsequent calculation according to the algorithm of the surface wind speed V, different t We note that the knife antenna radiation pattern is rotated around the vertical axis of symmetry of the antenna passing through its center, the aforementioned probe pulses are directed to the nadir surface of the ocean and each probe of the microwave range illuminates a spot on the water surface with dimensions depending on the satellite altitude, for example, 14 × 355 km, and when receiving microwave pulses reflected from the water surface, time and Doppler range selection are used simultaneously for In the mentioned spot, 14 × 355 km of elementary scattering cells with dimensions, for example, 14 × 14 km, are then determined for every two consecutive ith and i + 1st cells of the backscattering cross section σ ₀ (θ _i ) and σ ₀ ( θ _{i + 1} ), which are adjusted taking into account the Gaussian shape of the antenna pattern in accordance with the expression

,

where δ _x is the width of the radiation pattern at the power level 0.5 along the sounding direction, θ _i is the angle of incidence for the i-th elementary scattering cell, σ ₀ (θ _i ) is the backscattering cross section of the i-th elementary scattering cell, then the variance of the slopes σ ² _i (φ _j ) along the azimuthal direction of sounding φ _j for each i-th cell

,

where θ _i and θ _{i + 1} are the angles of incidence for two consecutive unit cells, σ _0к (θ _i ) and σ _0к (θ _{i + 1} ) are the adjusted backscattering cross sections of these cells, respectively, j is the number of the azimuthal direction under which the elementary scattering cell, after which the total slope dispersion for the ith cell, σ _i ² is determined from the relation σ ² _i = σ ² ₀ (φ _j ) + σ ² _i (φ _j + 90 °), and then from the graph of the azimuthal dependence of the slope dispersion σ ² _i (φ _j ) determine the propagation direction φ _{wi of} large-scale waves in the ith elementary scattering cell, and the said near-surface wind speed V is determined by the backscattering cross section σ ₀ and the slope variances σ ² _i (φ _j ) and σ ² _i (φ _j + 90 °) using the algorithm V = F [σ ₀ , σ ² _i ( φ _j ), σ _i ² (φ _j + 90 °)] obtained by the standard regression method.

2. The panoramic radar method according to claim 1, characterized in that using additional temporal range selection, elementary scattering cells are formed with dimensions, for example, of the order of 14 × 1 km, then using additional Doppler selection along the azimuthal angle φ _j , elementary cells are isolated with dimensions, for example, of the order of 5 × 1 km.

3. The panoramic radar method according to claim 1 or 2, characterized in that, for measuring the average wavelength L _{m of} large-scale waves in each i-th elementary scattering cell of the viewing band, first by Doppler speeds using additional frequency filters installed in the radar create an initial reference point for recording the reflected pulses in each i-th cell, after which the reception of the pulses reflected from the water surface and the registration of their shape using the aforementioned time selection are carried out for each the i-th elementary scattering cell separately and by the standard algorithm for the slope at the midpoint of the leading edge of the pulse recorded in this i-th cell, determine the height H of significant waves for several azimuthal directions in this i-th cell, then determine the adjusted height value N of significant excitement in the ith cell of the span of the field of view by determining the average value of the height H from the several measurements mentioned in this cell, after which the measured maximum dispersion s σ _w ² in the i-th unit of the scattering cell on said graph of the azimuthal dependence of the dispersion slopes σ ² _i (φ _j) and the updated value of the height H considerable excitement average wavelength L _m of large-scale disturbances is determined from the ratio L _m = H / σ _w .