Чувствительностью поляризационного отношения к изменениям температуры морской поверхности при зондировании в СВЧ диапазоне

The paper analyses an impact of the seawater physical-chemical characteristics on the forming radar signal in the microwave range. The analysis was carried out for the incidence angles from 25° to 75°. At these angles a recorded radar signal determines the resonant mechanism to scatter radio waves by the uneven surface. For numerical simulation we used a model based on Debye double-frequency approximation. The model describes dependence of the complex dielectric constant of water on the temperature, salinity and frequency of the sounding radio wave.A changing level of the sea surface unevenness is the main factor to determine a value of the normalized cross-section of the backscattering radio signal. The polarization ratio allows us to exclude this factor, leaving only the dependence on the incidence angle and the complex dielectric constant of water. The polarization ratio becomes dependent on the seawater temperature and salinity because at different polarizations a level of the backscattered signal has different sensitivity to these parameters. At horizontal polarization the sensitivity is higher than at vertical one.The polarization ratio sensitivity to the changes in the complex dielectric constant grows with increasing incidence angle. It also increases with decreasing radio wavelength, i.e. the greatest sensitivity is observed when sounding in the millimeter range. If the sounding is carried out at the incidence angle of 75 °, the relative change in the polarization ratio can reach 10% when the temperature changes by 5°. The relative change in the polarization ratio when sounding at an angle of 25 ° is approximately ten times lower. It is shown that changes in salinity within the limits observed in the Global Ocean lead to relatively small changes in the polarization ratio, as compared with changes due to temperature variations.Анализируется влияние физико-химических характеристик морской воды на формирование сигнала радиолокатора, работающего в СВЧ диапазоне. Анализ проводится для углов падения от 25°до 75°. При указанных углах регистрируемый сигнал локатора определяет резонансный механизм рассеяния радиоволн шероховатой поверхностью. Для численного моделирования используется модель, построенная на основе двухчастотной аппроксимации Дебая. Модель описывает зависимость комплексной относительной диэлектрической проницаемости воды от температуры, солености и частоты зондирующей радиоволны.Основным фактором, определяющим величину нормированного сечения обратного рассеяния радиосигнала является изменение уровня шероховатости морской поверхности. Использование поляризационного отношения позволяет исключить этот фактор, оставив только зависимость от угла падения и комплексной относительной диэлектрической проницаемости. Зависимость поляризационного отношения от температуры и солености морской воды возникает вследствие разной чувствительности к этим параметрам уровня рассеянного назад сигнала на разных поляризациях. На горизонтальной поляризации чувствительность выше, чем на вертикальной.Чувствительность поляризационного отношения к изменениям относительной диэлектрической проницаемости растет с ростом угла падения. Также она растет с уменьшением длины радиоволны, т.е. наибольшая чувствительность наблюдается при зондировании в миллиметровом диапазоне. Если зондирование проводится в миллиметровом диапазоне длин волн при угле падения 75°, то относительное изменение поляризационного отношения может достигать 10 % при изменении температуры на 5°. Относительное изменение поляризационного отношения при зондировании под углом падения 25° примерно в десять раз ниже. Показано, что изменения солености в тех пределах, которые наблюдаются в Мировом океане, приводят к относительно небольшим изменениям поляризационного отношения, по сравнению с изменениями, вызванными вариациями температуры