hydrophysicsФундаментальная и прикладная гидрофизикаFundamental and Applied Hydrophysics2073-66732782-5221St. Petersburg Research Center of the Russian Academy of Sciences10.59887/fpg/naz1-x7da-r4gnhydrophysics-675Research ArticleВЗАИМОДЕЙСТВИЕ МОРСКИХ ОБЪЕКТОВ, ОКЕАНА И АТМОСФЕРЫINTERACTION OF MARINE OBJECTS*, OCEAN‏ AND ‏ATMOSPHEREМодель радиолокационного наблюдения вибрационных поверхностных волн, возбуждаемых источником землетрясений (донным вибратором)The model of radar observation of the surface vibration waves generated by earthquake source (ground vibrator)КарповИ. О.KarpovI. O.

117997, Нахимовский пр., д. 36, Москва

117997, Nahimovskiy prospekt, 36, Moscow

ПереслегинС. В.PeresleginS. V.

117997, Нахимовский пр., д. 36, Москва

117997, Nahimovskiy prospekt, 36, Moscow

pereslegsv@yandex.ruИнститут океанологии им. П.П. Ширшова, РАНРоссияShirshov Institute of Oceanology, Russian Academy of SciencesRussian Federation2022010420221514860Copyright © Карпов И.О., Переслегин С.В., 20222022Карпов И.О., Переслегин С.В.Karpov I.O., Pereslegin S.V.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/675

Продолжая исследования, опубликованные ранее [1], рассматривается модель радиолокационного мониторинга вибрационных волн, возникающих на морской поверхности вблизи очага донного землетрясения. Возбуждаемая параметрически вибрационная волна характеризуется ближней (гидродинамической) и дальней (звуковой) областями. Амплитуда ближней волны зависит от параметров донного вибратора и глубины дна, дальняя распространяется в волноводе, образованном водной поверхностью и плоским дном. Намечаемый натурный эксперимент предполагает установку вибратора на небольшой глубине (30 м) и применение современного самолётного радара, способного формировать как яркостные, так и скоростные радиолокационные изображения слабо отражающей морской поверхности при длине возбуждаемой вибрационной волны ~1,5 см, что соответствует частоте возбуждающей волны ~30 Гц и «резонансной» радиоволне длиной ~3 см (радиолокационный Х-диапазон). Рассматривается возможность наблюдения вибрационных волн в радаре с синтезированной апертурой в L, P и УКВ-диапазонах. Приводятся также расчёты, относящиеся к необходимым параметрам самолётного радара с синтезированной апертурой, включая алгоритмы обработки исходного сигнала при формировании яркостных и скоростных радиолокационных изображений вибрационных волн.

This research article is continuation case study based on a model of radar monitoring of vibration waves occurring on the sea surface near the source of a bottom earthquake. The vibration wave is generated parametrically, has near (hydrodynamic) and far (sound) components. The amplitude of the near (generating) wave depends on the bottom vibrator parameters and the depth of the bottom, the far wave propagates in the waveguide formed by the surface and the flat bottom. The vibrator will be installed at a shallow depth (30 m) and the modern aircraft radar will be used to create amplitude and velocity radar images during the experiment. The length of the generated vibration wave will be ~1.5 cm, which corresponds to the frequency of the generating wave ~30 Hz and the “resonant” wave of the radar with a length of ~3 cm (radar X-band). The possibility of monitoring vibration waves in the amplitude and velocity channels of the SAR (synthetic aperture radar) in L, P and UHF-bands is estimated. Also, the expected view of the SAR images is shown. Calculations of the necessary parameters of the aircraft radar are provided, including algorithms for processing the initial signal when creating amplitude and velocity radar images of vibration waves.

донный вибраторближнее и дальнее поля давлениязвуковой волноводвибрационная волна на фоне ветровых волняркостное и скоростное радиолокационные изображенияbottom vibratornear and far pressure fieldssound waveguidevibration wave on the background of wind wavesamplitude and velocity radar imagesРабота выполнена в ИО РАН в рамках государственного задания по теме № 0128–2021–0003ReferencesПереслегин С.В., Левченко Д.Г., Карпов И.О. Вибрационная волна на поверхности воды: параметрическое возбуждение и радиолокационное наблюдение // Фундаментальная и прикладная гидрофизика. 2021. Т. 14, № 2. С. 39–53. doi: 10.7868/S2073667321020040Pereslegin S.V., Levchenko D.G., Karpov I.O. The vibration wave on the water surface: parametric excitation and radar observation. Fundamental and Applied Hydrophysics. 2021, 14, 2, 39–53 (in Russian). doi: 10.7868/S2073667321020040Рабинович М.И., Трубецков Д.И. Введение в теорию колебаний и волн. М.: Наука, 1984. 560 с.Rabinovich M.I., Trubetskov D.I. Introduction to the theory of vibrations and waves. Moscow, Nauka, 1984, 560 p. (in Russian).Левин Б.В., Носов М.А. Физика цунами и родственных явлений в океане. М.: Янус-К, 2005. 360 с.Levin B.V., Nosov M.A. Physics of tsunamis and related phenomena in the ocean. Moscow, Yanus-K, 2005, 360 p. (in Russian).Шендеров Е.Л. Излучение и рассеяние звука. Л.: Судостроение, 1989. 301 с.Shenderov E.L. Sound emission and scattering. Leningrad. Sudostroyeniye. 1989, 301 p. (in Russian).Разин А.В., Собисевич А.Л. Геоакустика слоистых сред. М.: ИФЗ им. О.Ю. Шмидта РАН, 2012. 210 с.Razin A.V., Sobisevich A.L. Geoacoustics of layered medium. Moscow, IFZ by O. Yu. Shmidt RAS. 2012, 210 p. (in Russian).Исакович М.А. Общая акустика. М.: Наука, 1973. 436 с.Isakovich M.A. General acoustics. Moscow, Nauka, 1973, 436 p. (in Russian).Toporkov J.V., Perkovic D., Farquhanson G., Sletten M.A., Frasier S.J. Sea surface velocity vector retrieval using dual-beam interferometry: first demonstration // IEEE Transactions on Geoscience Remote Sensing, Nov. 2005. Vol. 43, No 11. P. 2494–2502. doi: 10.1109/TGRS.2005.848603Toporkov J.V., Perkovic D., Farquhanson G., Sletten M.A., Frasier S.J. Sea surface velocity vector retrieval using dual-beam interferometry: first demonstration. IEEE Transactions on Geoscience Remote Sensing. 2005, 43, 11, 2494–2502. doi: 10.1109/TGRS.2005.848603Romeiser R. The future of SAR-based oceanography: High-resolution current measurements by along-track interferometry // Oceanography. 2013. Vol. 26, No 2. P. 92–99. doi: 10.5670/oceanog.2013.37Romeiser R. The future of SAR-based oceanography: High-resolution current measurements by along-track interferometry. Oceanography. 2013, 26, 2, 92–99. doi: 10.5670/oceanog.2013.37Верба В.С., Плющев В.А., Манаков В.Ю. Применение авиационного РСА комплекса, работающего в широком диапазоне частот, для поверхностного и подповерхностного зондирования // Труды НТО РЭС им. А.С. Попова «Сверхширокополосные сигналы и сверхкороткие импульсы в радиолокации, связи и акустике». Суздаль — Москва, 2005. C. 89–94.Verba V.S., Pluschev V.A., Manakov V. Yu. The use of an aviation SAR system operating at low frequencies for excitation and subsurface sounding. Proceedings of NTO RES n. a. A.S. Popov “Ultrawideband signals and ultrashort pulses in radar, communications and acoustics”. Suzdal — Moscow, 2005. P. 89–94 (in Russian).Hiuoyuki Matsumoto, Toshinory Kimura, Shuhei Nishida, Yuya Machida. Experimental evidence characterizing pressure fluctuations on the sea floor-water interfaced induced by an earthquake // Scientific Reports. 2018. Vol. 8, No 10. doi: 10.1038/s41598-018-34578-2Hiuoyuki Matsumoto, Toshinory Kimura, Shuhei Nishida, Yuya Machida. Experimental evidence characterizing pressure fluctuations on the sea floor-water interfaced induced by an earthquake. Scientific Reports. 2018, 8, 10. doi: 10.1038/s41598-018-34578-2Переслегин С.В., Халиков З.А. Обработка сигналов в радиолокаторах с синтезированной апертурой при формировании скоростных полей поверхности Земли // Известия ВУЗов. Радиофизика. 2014. Т. LVII, № 10, С. 784– 796.Pereslegin S.V., Khalikov Z.A. Signal processing in synthestic-aperture radars during the formation of the Earth-surface velocity fields. Radiophysics and Quantum Electronics. 2015, 57, 700–710. doi: 10.1007/s11141-015-9556-7Cassola M.R., Iraola P.P., De Zan F., Scheiber R., Reigber A., Geudtner D., Alberto Moreira. Doppler-related distortions in TOPS SAR images // IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2015. Vol. 53, No 1. doi: 10.1109/TGRS.2014.2313068Cassola M.R., Iraola P.P., De Zan F., Scheiber R., Reigber A., Geudtner D., Alberto Moreira. Doppler-related distortions in TOPS SAR images. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. 2015, 53, 1. doi: 10.1109/TGRS.2014.2313068Переслегин С.В., Карпов И.О., Халиков З.А. Двухпозиционная квазизеркальная радиолокация морской поверхности: механизмы СВЧ-рассеяния и возможности решения океанологических задач из космоса // Океанология. 2017. Т. 57, № 5. С. 710–719. doi: 10.7868/S0030157417050057Pereslegin S.V., Karpov I.O., Khalikov Z.A. Two-position quasi-mirror radar of the sea surface: Principles of microwave scattering and possibilities of solving Oceanology problems from space. Oceanology. 2017, 57, 639–647. doi: 10.1134/S0001437017050149Переслегин С.В., Халиков З.А., Карпов И.О. Модель формирования полей ветровых и внутренних волн в ИРСА с продольной антенной базой // Труды XXIX Всероссийского симпозиума «Радиолокационное исследование природных сред». СПб.: ВКА им. А.Ф. Можайского, 2019.Pereslegin S.V., Khalikov Z.A., Karpov I.O. Model of formation of fields of wind and internal waves in IRSA with a longitudinal antenna base. Proceedings of XXIX All-Russian Symposium “Radiolokatsionnoye issledovaniye prirodnykh sred”. St. Petersburg, A.F. Mozhaysky VKA, 2019.

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