Российские учёные настроились на слежку за океаном

Российские учёные настроились на слежку за океаном

Природу «аномальных пятен» в океане позволит диагностировать новая система радиолокации, работающая на разных длинах волн. С её помощью можно будет распознавать разливы нефти, катастрофическое цветение воды, штилевые зоны и другие области, проливающие свет на разные процессы в водоёмах. Созданием системы занимается группа учёных из Института прикладной физики РАН (ИПФ РАН, г. Нижний Новгород) и НИИ «Аэрокосмос» (Москва).

Принцип действия разработки — по отражению радиосигнала от поверхности океана восстановить природу и характеристики процессов, протекающих в водной толще и на её поверхности.

Станислав Ермаков: В результате нашего проекта должна быть создана довольно сложная система с набором программ, которая будет обрабатывать поступающие сигналы и автоматически делать вывод о том, какой процесс фиксируется в океане

«Радиолокация океана основана на том, что отражение электромагнитных волн от водной поверхности и их распространение обратно к излучателю возможно только в том случае, когда на поверхности воды присутствует рябь — короткие волны, возбуждаемые ветром или, иначе говоря, когда поверхность воды „шероховатая“. Внутренние процессы в толще океана (океанические волны различной природы, течения, вихри и пр.), а также атмосферные процессы воздействуют на рябь, модулируют ее, поэтому рябь несет отпечаток этих процессов», — поясняет руководитель проекта, заведующий отделом радиофизических методов в гидрофизике ИПФ РАН Станислав Ермаков.

Уже более 30 лет радиолокационные панорамы океана получают со спутников, однако по этим снимкам зачастую невозможно достоверно разделить и диагностировать процессы, происходящие в океане. К примеру, панорамы покажут выглаженные участки поверхности воды, но не ответят на вопрос, что по сути представляют собой такие аномальные островки — нефтяные плёнки или, может, просто штилевые области.

В ходе настоящего проекта исследователи проанализировали большое количество спутниковых изображений в попытках найти проявления различных процессов в океане и изучить все возможные пути идентификации этих процессов. Характерный пример: изображение, полученное одночастотным канадским спутниковым радиолокатором Radarsat-1. На нём

и области плёночных загрязнений, и штилевые зоны проявляются как тёмные пятна, которые не удаётся уверенно идентифицировать при отсутствии дополнительной информации.

Радиолокационное изображение (спутник Radarsat-1) северной части акватории Эгейского моря. На нём и области плёночных загрязнений, и штилевые зоны проявляются как тёмные пятна. Только с помощью дополнительных проверок удалось установить, что проявившиеся на снимке области неоднородной текстуры обусловлены сложной картиной ветрового поля и сильными антропогенными загрязнениями

Таким образом, используя данные одночастотных радиолокаторов, специалисты получают неполную информацию, требующую дополнительной проверки. Если данные не проверять, они могут стать поводом для «ложной тревоги», например, при выявлении фактов нефтяных разливов. Разрабатываемый в России радиолокационный комплекс будет работать в нескольких диапазонах электромагнитного спектра, что позволит сразу диагностировать подозрительные процессы в водоёмах.

По словам разработчиков, такой комплекс будет состоять из излучателя и приёмников в разных частотах диапазона с цифровой обработкой информации, использующей специальные алгоритмы распознавания природы структур, проявляющихся на радиолокационных изображениях. Он может устанавливаться на спутниках, патрульных самолётах и вертолётах, береговых станциях, нефтяных платформах, судах.

Кстати, ранее, в СССР и в Германии уже предпринимались отдельные попытки создания многочастотных радиолокаторов для изучения океана, но окончательно задача так и не была решена.

Это связано со сложным, мультидисциплинарным характером проблемы, недостаточным развитием теоретических моделей, а также ограниченным объемом экспериментальных данных.

«В результате нашего проекта должна быть создана довольно сложная система с набором программ, которая будет обрабатывать поступающие сигналы и автоматически делать вывод о том, какой процесс фиксируется в океане, — отмечает Станислав Ермаков. — В настоящее время мы разрабатываем и изготавливаем отдельные модули многочастотного радиолокатора, частности, модули излучателя, приемника и блока цифровой обработки сигналов, а также алгоритмы обработки и визуализации информации, на основании которых будет разработан программно-аппаратный комплекс. К концу 2016 года создадим действующий образец комплекса, на котором в ходе натурных испытаний проверим его работоспособность и преимущества по сравнению с существующими сегодня средствами дистанционного зондирования».

Натурные испытания учёные планируют проводить в несколько этапов: вначале на Горьковском водохранилище в Нижегородской области, где их усилиями уже создана специальная плавучая лаборатория для подобных тестов, а затем и в реальных морских условиях на Черном море с океанографической платформы в Крыму. Если эксперименты будут признаны успешными, дальше систему уже можно будет внедрять.

Плавучая лаборатория ИПФ РАН на Горьковском водохранилище, предназначенная для проведения натурных испытаний новых образцов радиолокационных систем дистанционного зондирования

Предполагается, что пользователями многочастотных радиолокационных комплексов станут компании, ведущие разведку ресурсов на шельфе, экологические службы, Росгидромет, Министерство чрезвычайных ситуаций РФ.

Проект «Разработка методов и создание экспериментального образца комплекса многочастотной радиолокации для мониторинга океана и внутренних водоемов» поддержан ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2014−2020 годы».

Хочешь всегда знать и никогда не пропускать лучшие новости о развитии России? У проекта «Сделано у нас» есть Телеграм-канал @sdelanounas_ru. Подпишись, и у тебя всегда будет повод для гордости за Россию.