Новая математическая модель обеспечивает радиолокацию на море независимо от высоты волн
Радиолокация играет ключевую роль в обеспечении безопасности и навигации в современном мире. Она позволяет обнаруживать объекты за пределами прямой видимости и в любых погодных условиях, что особенно важно для морских перевозок. Без радиолокационных систем суда становятся «слепыми», что значительно увеличивает риск столкновений и катастроф. Визуальное обнаружение объектов сокращает время реакции с десятков минут до секунд, что может привести к трагическим последствиям. Отсутствие данных о водной поверхности и атмосфере также ухудшает качество метеорологических прогнозов, что влияет на безопасность мореплавания.
Эффективность радиолокационных систем зависит от состояния моря. Волны отражают радиосигналы, создавая помехи, которые могут скрывать небольшие суда, спасательные плоты и другие объекты. Для корректной работы радаров необходимы точные математические модели, описывающие отражение радиоволн от поверхности воды.
В прошлом для оценки интенсивности отражения радиосигнала от морской поверхности использовались данные из таблиц Натансона, основанных на экспериментах середины XX века. Эти данные были привязаны к шкале Дугласа, разработанной в XIX веке для оценки волнения моря в баллах. Сегодня чаще применяется шкала Всемирной метеорологической организации, а в России используется шкала, разработанная главным управлением гидрометеорологической службы в 1953 году.
При переводе между этими шкалами возникают неточности, так как балльные оценки приходится пересчитывать в физические параметры, такие как высота волн. Это может привести к ошибкам в моделях отражения радиосигнала и снизить точность работы радиолокационных систем.
Современные математические модели, такие как GIT (Georgia Institute of Technology) и NRL (Naval Research Laboratory), имеют свои ограничения. Модель GIT хорошо согласуется с экспериментальными данными при волнении моря от 4 до 9 баллов, но при слабом волнении возникают значительные расхождения, что увеличивает вероятность пропуска небольших объектов на воде. Модель NRL, предложенная в 2009 году, обеспечивает повышенную точность, но опирается на шкалу Дугласа, что ограничивает её применение при использовании других шкал.
Сайт ЛЭТИ сообщает, что учёные СПбГЭТУ «ЛЭТИ» разработали новую математическую модель отражения радиосигналов от морской поверхности, которая не привязана к оценке волнения в баллах. Эта модель оптимизирована для малых углов скольжения радиоволн от 0,1° до 10°, что важно для обнаружения объектов на большом расстоянии над морской поверхностью.
Вячеслав Николаевич Михайлов, старший научный сотрудник кафедры радиотехнических систем СПбГЭТУ «ЛЭТИ», отметил: «Наша модель позволяет переводить любую шкалу волнения – Дугласа, Всемирной метеорологической организации или российскую – в значимую высоту волн, что обеспечивает точный результат. Формула модели проще существующих аналогов, так как для расчёта требуется меньше переменных».
Модель основана на аппроксимации экспериментальных данных Натансона, что позволяет описать сложный набор точек более простой функцией, сохраняя высокую точность расчётов. В отличие от других моделей, таких как NRL, в модели ETU используется значимая высота волн, которая широко применяется в океанографии для описания состояния морской поверхности.
Модель ETU устраняет историческое несоответствие между различными шкалами оценки волнения и позволяет радиолокационным системам работать корректно независимо от источника метеорологических данных. Это важно для современных цифровых навигационных систем, которые объединяют данные спутниковых наблюдений, метеослужб и бортовых датчиков.
Вячеслав Михайлов также добавил: «Мы назвали модель ETU в честь нашего университета – это символический подарок к 140-летию ЛЭТИ. Разработка может использоваться в гражданских радиолокационных системах, управлении беспилотными судами, морском экологическом мониторинге, а также в обеспечении безопасности морских перевозок и поисково-спасательных операциях».