hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/fpg/nxgz-bbuz-mu52hydrophysics-1202Research ArticleТЕХНИЧЕСКАЯ ГИДРОФИЗИКАTECHNICAL HYDROPHYSICSМодель космического панорамного радиоальтиметра: отображение поля развивающейся волны цунами в двухпозиционном квазизеркальном радареSpace Panoramic Radio Altimeter Model: Imaging of the Developing Tsunami Wave Field in a Bistatic Quasi-Mirror Radarhttps://orcid.org/0000-0001-9265-3022КуликовЕ. А.KulikovE. A.

КУЛИКОВ Евгений Аркадьевич

РИНЦ Author ID: 60953

Scopus Author ID: 7003962208, WoS ResearcherID: A-6591–2016

117997, Москва, Нахимовский проспект, 36.

36 Nakhimovsky Prosp., Moscow, 117997

https://orcid.org/0000-0002-7008-337XПереслегинС. В.PeresleginS. V.

ПЕРЕСЛЕГИН Сергей Владимирович

РИНЦ Author ID: 60953

Scopus Author ID: 6602244437

117997, Москва, Нахимовский проспект, 36.

36 Nakhimovsky Prosp., Moscow, 117997

peresleg@ocean.ruХаликовЗ. А.KhalikovZ. A.

ХАЛИКОВ Заур Анверович

РИНЦ Author ID: 549678, Scopus Author ID: 50461496700

117997, Москва, Нахимовский проспект, 36.

36 Nakhimovsky Prosp., Moscow, 117997

khalikovza@gmail.comИнститут океанологии им. П.П. Ширшова РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of SciencesRussian Federation20232304202316180–89Copyright © Куликов Е.А., Переслегин С.В., Халиков З.А., 20232023Куликов Е.А., Переслегин С.В., Халиков З.А.Kulikov E.A., Pereslegin S.V., Khalikov Z.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://hydrophysics.spbrc.ru/jour/article/view/1202

Рассматривается модель формирования градиентного поля уровня океана в космическом двухпозиционном радаре, использующем интерферометр с поперечной базой на приемном аппарате. Возможность применения сравнительно малой (поперечной) антенной базы размером 5–10 м обусловлена огромным выигрышем в энергетике при работе в режиме квазизеркального рассеяния сигнала на мелких ветровых волнах. Эффективность системы оценивается путем преобразования имеющейся пространственно-временной модели развития волны цунами (Курильское землетрясение 4 октября 1994 г.) в панорамное радиолокационное изображение поля уровня океана. Очевидное преимущество панорамного изображения головной волны заключается в возможности прогнозировать направление её движения, амплитуду и в конечном счёте — ожидаемое время прихода волны в заданную прибрежную область. Полученное радиолокационное изображение подтверждает главную особенность квазизеркального метода: флуктуационно-уровенная чувствительность изменяется вдоль зоны обзора (~2000 км) и является наихудшей вблизи зеркальной точки. При выбранных параметрах радара, средняя по зоне обзора чувствительность составляет ~5 см для площадки (15 х 15) км. Без учёта времени, необходимого для передачи информации от приёмного аппарата до подверженных цунами районов суши, минимальный временной интервал между появлением фронта волны и моментом оповещения об опасности цунами определяется числом последовательно запускаемых тандемов МКА (малых космических аппаратов), и при единственном тандеме составляет ~45 мин.

A model of the formation of the gradient sea-level field by the space bi-static radar measurements is developed. An interferometer radar with cross-sectional base is used as a receiver. The relatively small antenna 5–10 m of cross-sectional base gives a huge gain in energy when working for quasi-mirror scattering in the range of short wind waves. The efficiency of the system is evaluated by converting the dynamical model of tsunami wave evolution for the case of the Kuril earthquake (October 4, 1994) into a panoramic radar image of the sea level. The panoramic image of the front wave allows predicting the direction, amplitude and, finally, the expected time of tsunami arrival to a given point. The obtained radar image confirms the main feature of the quasi-mirror method: the fluctuation-level sensitivity varies within the radar swath (~2000 km) and is the worst near the mirror point. For the chosen radar parameters, the average sensitivity in the swath is ~5 cm for a site (15 × 15) km. Without accounting the time required to transmit information from the receiver to the tsunami–prone sites, the minimal time interval between the appearance of the wave front and the tsunami alert is determined by the number of sequentially launched small tandem spacecrafts. For a single tandem this time is about 45 min.

интерферометрцунамидвухпозиционный радиолокаторInterferometertsunamibistatic radarНачальный вариант статьи создавался при участии Е.А. Куликова, памяти которого посвящена данная статья. Авторы благодарны С.И. Бадулину, И.П. Медведеву и О.И. Яковенко, способствовавших изданию статьи.The draft of the article was written with the participation of E.A. Kulikov, whose memory this article is dedicated to. The authors are grateful to S.I. Badulin, I.P. Medvedev and O.I. Yakovenko, who contributed to the publication of the article.ReferencesКалмыков А.И., Курекин А.С., Левантовский В.Ю., Островский И.Е., Пустовойтенко В.В. Некоторые характеристики радиосигналов, рассеянных морской поверхностью в направлениях, близких к направлению зеркального отражения // Изв. ВУЗов, Радиофизика.1973. Т. ХVI, № 10. С. 1498–1503.Kalmykov A.I., Kurekin A.S., Levantovsky V. Yu., Ostrovsky I.E., Pustovoytenko V.V. Some characteristics of radio signals scattered by the sea surface in directions close to the direction of mirror reflection. Radiophysics and Quantum Electronics. 1973, ХVI, 10, 1498–1503 (in Russian)Переслегин С.В., Халиков З.А., Риман В.В., Коваленко А.И., Неронский Л.Б. Радиолокационный способ оперативной диагностики океанских явлений из космоса: Патент на изобретение № 2447457, 2009.Pereslegin S.V., Khalikov Z.A., Riman V.V., Kovalenko A.I., Neronsky L.B. Radar method of operational diagnostics of ocean phenomena from space. 2009. Patent for an invention No. 2447457.Переслегин С.В., Ивонин Д.В., Халиков З.А., Шапрон Б. Устройство формирования зон обзора в двухпозиционном радиолокаторе с синтезированной апертурой: Патент на полезную модель № 135816, 2010.Pereslegin S.V., Ivonin D.V., Khalikov Z.A., Chapron B. A device for forming viewing zones in a two-position radar with a synthesized aperture. 2010. Patent for a utility model No.135816.Переслегин С.В., Халиков З.А. Двухпозиционная квазизеркальная радиолокация морской поверхности // Известия РАН. Физика атмосферы и океана. 2011. Т. 47, № 4. С. 562–576.Pereslegin S.V., Khalikov Z.A. Bistatic quasi-mirror radar of the sea surface. Izvestiya, atmospheric and oceanic physics. 2011, 47, 517–530. doi:10.1134/S0001433811040086Khalikov Z.A. Bistatic quasi-mirror radar imaging of the sea surface // Report on the «Ocean SAR-2009» Workshop. Herrshing, Germany, Sept. 2009.Khalikov Z.A. Bistatic quasi-mirror radar imaging of the sea surface. Report on the «Ocean SAR-2009» Workshop. Herrshing, Germany, Sept. 2009.Pereslegin S.V. Bistatic interferometric SAR (BiSAR) for operational monitoring of ocean phenomena // Report on the «Ocean SAR-2009» Workshop, Herrshing, Germany, Sept. 2009.Pereslegin S.V. Bistatic interferometric SAR (BiSAR) for operational monitoring of ocean phenomena. Report on the «Ocean SAR-2009» Workshop, Herrshing, Germany, Sept. 2009.Синицын Ю.П., Переслегин С.В. Потенциальная точность и оптимальный алгоритм восстановления мезомасштабного рельефа морской поверхности космическим радиолокатором бокового обзора // Исследование Земли из космоса. 2000. № 1. С. 51–57.Sinitsyn Yu.P., Pereslegin S.V. Potential accuracy and optimal algorithm for reconstruction of mesoscale relief of the sea surface by a side-view space radar. Issledovanie Zemli iz Kosmosa. 2000, 1, 51–57 (in Russian).Переслегин С.В., Синицын Ю.П. Интерференционные радиолокаторы с синтезированной апертурой для оперативного мониторинга океанских явлений // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2011. Т. LIV, № 6. С. 415–430.Pereslegin S.V., Sinitsyn Yu.P. Interference synthetic-aperture radars for routine monitoring of ocean phenomena. Radiophysics and Quantum Electronics. 2011, 54, 376–389. doi:10.1007/s11141–011–9298–0Лобковский Л.И., Рабинович А.Б., Куликов Е.А., Иващенко А.И., Файн И.В., Томсон Р.Е., Ивельская Т.Н., Богданов Г.С. Курильские землетрясения и цунами 15 ноября 2006 г. и 13 января 2007 г. (наблюдения, анализ и численное моделирование) // Океанология. 2009. Т. 49, № 2. С. 181–197.Lobkovsky L.I., Rabinovich A.B., Kulikov E.A., Ivashchenko A.I., Fine I.V., Thomson R.E., Ivelskaya T.N., Bogdanov G.S. The Kuril earthquakes and tsunamis of November 15, 2006, and January 13, 2007: observations, analysis, and numerical modeling. Oceanology. 2009, 49, 2. 166–181. doi:10.1134/S0001437009020027Зайченко М.Ю., Куликов Е.А., Левин Б.В., Медведев П.П. О возможности регистрации цунами в открытом океане по данным спутникового альтиметра // Океанология. 2005. Т. 45, № 2. С. 209–216.Zaichenko M. Yu., Kulikov E.A., Levin B.V., Medvedev P.P. On the possibility of registration of tsunami waves in the open ocean with the use of a satellite altimeter. Oceanology. 2005, 45, 2, 194–201.Callahan P.S., Daffer W.H. Search for the earthquake effects in TOPEX/POSEIDON Data // EOS. 1994. 75 (144). P. 357.Callahan P.S., Daffer W.H. Search for the earthquake effects in TOPEX/POSEIDON Data. EOS. 1994, 75 (144), 357.Abdalla S. and + 360 authors. Altimetry for the Future: Building on 25 years of progress // Advances in Space Research. 2021. Vol. 68, N2. P. 319–363. doi:10.1016/j.asr.2021.01.022Abdalla S. and + 360 authors., Altimetry for the Future: Building on 25 years of progress. Advances in Space Research. 2021, 68, 2, 319–363. doi:10.1016/j.asr.2021.01.022Badulin S.I., Grigorieva V.G., Shabanov P.A., Sharmar V.D., Karpov I.O. Sea state bias in altimetry measurements within the theory of similarity for wind-driven seas // Advances in Space Research. 2021. Vol. 68. P. 978–988. doi:10.1016/j.asr.2019.11.040Badulin S.I., Grigorieva V.G., Shabanov P.A., Sharmar V.D., Karpov I.O. Sea state bias in altimetry measurements within the theory of similarity for wind-driven seas. Advances in Space Research. 2021, 68, 978–988. doi:10.1016/j.asr.2019.11.040Barrick D., Lipa B. Analyses, and interpretation of altimeter sea echo // Advances in Geophysics. 1985. Vol. 27. P. 60–100.Barrick D., Lipa B. Analyses, and interpretation of altimeter sea echo. Advances in Geophysics. 1985, 27, 60–100.Fu L.L., Clasman R. The effect of the degree of wave development on the sea state bias in radar altimetry measurements // Journal of Geophysical Research. 1991. Vol. 96. P. 829–834.Fu L.L., Clasman R. The effect of the degree of wave development on the sea state bias in radar altimetry measurements. Journal of Geophysical Research. 1991, 96, 829–834.Arnold-Bos A., Khenchaf A., Arnaud M. Bistatic radar imaging of the marine environment. Part I. Theoretical background // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. Dec. 2007. 11 p. doi:10.1109/TGRS.2007.897436Arnold-Bos A., Khenchaf A., Arnaud M. Bistatic radar imaging of the marine environment. Part I. Theoretical background. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. Dec. 2007, 11 p. doi:10.1109/TGRS.2007.897436Иващенко А.И., Гусяков В.К., Джумагалиев В.А., Йех Г., Жукова Л.Д., Золотухина Н.Д., Кайстренко В.М., Като Л.Н., Клочков А.А., Королев Ю.П., Кругляков А.А., Куликов Е.А., Куракин В.Н., Левин Б.В., Пелиновский Е.Н., Поплавский А.А., Титов В.В., Харламов А.А., Храмушин В.Н., Шельтинг Е.В. Шикотанское цунами 5 октября 1994 г. // Доклады Академии наук. 1996. Т. 348, № 4. С. 532–538.Ivashchenko A.I., Gusiakov V.K., Dzhumagaliev V.A., Yeh H., Zhukova l.D., Zolotukhina N.D., Kaistrenko V.M., Kato L.N., Klochkov A.A., Korolev Yu.P., Krugliakov A.A., Kulikov E.A., Kurakin V.N., Levin B.W., Pelinovsky E.N., Poplavsky A.A., Titov V.V., Kharlamov A.A., Khramushin V.N., Shelting E.V. Shikotan tsunami of October 5, 1994. Doklady RAS. 1996, 348, 4, 532–538 (in Russian).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.