Анализируя метеорологические условия, при которых след корабля будет наиболее отчетливо виден на радиолокационном изображении, прежде всего, необходимо оценить роль ветра, который является основным фактором, определяющим энергию коротких волн. При скоростях ветра менее 1.7 м/с его воздействие на морскую поверхность является слабым и не приводит к генерации волн ряби. При таком условии вся поверхность является штилевым сликом. При скорости ветра в диапазоне от 1.7 м/с до 5 м/с на морской поверхности могут одновременно наблюдаться как сликовые области, так и области ряби [21]. При скоростях ветра более 8-10 м/с начинается интенсивное обрушение поверхностных волн, маскирующее корабельные следы. Таким образом, наиболее благоприятным для наблюдения волнового и турбулентного следов является диапазон скоростей от 5-8 м/с. Диапазон скоростей ветра от 1.7 м/с до 5 м/с также благоприятен, хотя на поверхности существуют природные образования, маскирующие корабельные следы. В силу того, что корабельные следы имеют четкие геометрические характеристики, они достаточно легко могут быть выделены на фоне естественных неоднородностей.
Согласно существующим в настоящее время представлениям о механизме появления узкого V-образного следа, он образуется в результате взаимодействия с морской поверхностью динамических возмущений приповерхностного слоя. Этот механизм, в частности, лежит в основе трех рассмотренных выше моделей его появления. Возмущения поля скорости в приповерхностном слое моря сами являются источником возмущений морской поверхности, т.е. даже при штилевых условиях, когда ветровая рябь отсутствует, поверхность становится шероховатой. Подобные явления наблюдаются в природе. Когда интенсивные внутренние волны взаимодействуют с морской поверхностью, возникает сулой, область с резко возросшей шероховатостью.
Основываясь на механизме образования узкого V-образного следа, а также на приведенных оценках воздействия ветра на морскую поверхность, можно ожидать, что след будет хорошо виден на радиолокационных изображениях при скоростях ветра менее 1.7 м/с, когда наблюдения волнового и турбулентного следа затруднены. Это подтверждает рис. 2, где на темном фоне, который соответствует штилевым условиям, можно отчетливо распознать узкий V-образный след. При скоростях ветра выше 1.7 м/с особенности наблюдения узкого V-образного следа такие же, как при наблюдении волнового и турбулентного следов.
Заключение
В современных условиях охрана и защита морских и прибрежных объектов требуют надежного освещения надводной обстановки в любое время суток, в любых метеорологических условиях. Основным средством, используемым для этих целей, являются радиолокационные системы. Применение на маломерных объектах покрытий, снижающих коэффициент отражения радиоволн, изготовление корпусов из слабо отражающих радиоволны материалов, существенно ограничивает возможности их обнаружения радиолокационными средствами. Альтернативным способом контроля акваторий является обнаружение объектов, по возмущениям структуры морской поверхности, которые они создают при своем движении.
В настоящее время наиболее эффективно процедура обнаружения движущихся по морской поверхности объектов осуществляется по корабельным волнам и турбулентному следу. Пенный след является коротко живущим и хуже различим на фоне естественных неоднородностей морской поверхности. Перспективы использования узкого V-образного корабельного следа для обнаружения надводных объектов нуждаются в дальнейших исследованиях.
Литература
1. Lyden J.D., Hammond R.R., Lyzenga D.R., Shuchman R.A., Synthetic aperture radar imaging of surface ship wakes // J. of Geophysical Research. 1988. V. 93. P. 12293-12300.
2. Shemdin O.H. Synthetic aperture radar imaging of ship wakes in the Gulf of Alaska // J. of Geophysical Research. 1990. V. 95. P.16 319-16 338.
3. Запевалов А.С., Показеев К.В., Пустовойтенко В.В. О предельной точности альтиметрического определения скорости приводного ветра // Исследование Земли из космоса. 2006. № 3. С. 49-54.
4. Пустовойтенко В.В., Запевалов А.С. Оперативная океанография: Спутниковая альтиметрия - Современное состояние, перспективы и проблемы // Серия. Современные проблемы океанологии, Севастополь: НПЦ “ЭКОСИ-Гидрофизика”. 2012. Вып. № 11. 218 с.
5. Спутники радиолокационного зондирования Земли / Приложение № 1 к “Спутниковые системы связи и вещания" под. ред А.А. Кучейко. 1999. 84 с.
6. Басс Ф.Г., Брауде С.Я., Калмыков А.И., Мень А.В., Островский И.Е, Пустовойтенко В.В., Розенберг А.Д., Фукс И.М. Методы радиолокационных исследований морского волнения (радиоокеанография) // Успехи физических наук. 1975. № 116. С.741-743.
7. Pichel W. G., Clemente-Colуn P., Wackerman C.C., Friedman K.S. Ship and wake detection // Synthetic Aperture Radar Marine User's Manual (Ed. C. R. Jackson J. R. Apel). 2004. P. 277-304.
8. Гутник В.Г., Горобец В.Н., Гутник А.В., Курекин А. С., Некоторые особенности обратного рассеяния радиоволн СВЧ диапазона гидродинамическими образованиями надводных объектов // Радиофизика и радиоастрономия. 2005. Т.10, № 3, С. 325-333.
9. Ермаков С.А., Капустин И.А., О законе расширения турбулентного следа за надводным судном. // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2009. Т.1, № 6. С. 364-372.
10. Peltzer R.D., Griffin O.M., Barger W.D., and Kaiser J.A.C. High resolution measurements of surfaceactive film redistribution in ship wakes // J. Geophys. Res. 1992. V. 97. No. C4. P. 5231-5252.
11. Лайтхилл Дж. Волны в жидкости: Пер. с англ. - М.: Мир, 1981. - 598 с.
12. Запевалов А.С. Моделирование брегговского рассеяния электромагнитного излучения сантиметрового диапазона морской поверхностью. Влияние волн более длинных, чем брегговские составляющие // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2009. Т. 45, № 2. С. 266-275.
13. Hennings R., Romeiser R., Alpers W., Viola A. Radar imaging of Kelvin arms of ships wakes // Int. J. Remote sensing. 1999. V. 20, No. 13. P.2519-2543.
14. Гутник В.Г., Кулемин Г.П., Шарапов Л.И., Горбач Н.В. Энергетические спектры радиолокационных отражений от взволнованной морской поверхности при малых углах скольжения // Радиофизика и электроника. 2002. Т. 7, № 3. С. 474-483
15. Митягина М.И., Лаврова О.Ю. Особенности проявления на спутниковых радиолокационных изображениях корабельных следов в областях интенсивного цветения фитопланктона // Современные проблемы дистанционного зондирования Земли из космоса. 2014. Т. 11. № 3. С. 73-87.
16. Fu L.-L., Holt B. Seasat views oceans and sea ice with synthetic-aperture radar. JPL Publication 81-120. NASA and JET Propulsion Lab. C.I.T. 1982. 200 p.
17. Gu D., Phillips O.M. On narrow V-like ship wakes // J. Fluid Mech. 1994, Vol. 225, P. 301-325.
18. Munk W.H., Scully-Power P., Zachariasen F. Ships from Space // Proc. R. Soc. A. 1987. V. 412. P. 231-254.
19. Lyden J.D., Hammond R.R., Lyzenga D.R., Shuchman R.A. Synthetic aperture radar imaging of ships waves // J. Geophys. Res. 1988, Vol. 95, C10, P. 12293-12303.
20. Swanson С V. Radar observability of ship wakes // Report. Cortana Corporation. 1984. 87 p.
21. Христофоров Г.Н., Запевалов А.С., Бабий М.В. Измерения параметров шероховатости морской поверхности при переходе от штиля к ветровому волнению // Изв. АН СССР. Физикаатмосферы и океана. 1992. Т. 28, № 4. С. 424-431.
Аннотация
Анализируются современные представления о физических механизмах формирования радиолокационных изображений поверхностных следов надводных объектов при зондировании с космических аппаратов. Рассмотрены такие типы гидродинамических образований как корабельные волны, пенный и турбулентный след. Основное внимание уделено образованию нового, недавно обнаруженного типа возмущений, создаваемых движущемся объектом, получившего название узкий V-образный корабельный след.
Ключевые слова: радиолокационное изображение, морская поверхность, искусственные гидродинамические образования, узкий V-образный корабельный след.
Modern concepts of the physical mechanisms of formation of radar images of the surface wake of moving objects are examined, when sensing is carried out from the spacecraft. We considered these types of hydrodynamic formations as ship waves, foam and turbulent wake. The main attention is paid to the formation of a new, recently discovered type of disturbances, created by the moving object, it is called narrow V-like ship wake.
Keywords: radar image, artificial hydrodynamic patterns, sea surface, narrow V-like ship wake.