Карты задержки-доплера в космической науке

Термин DDM в основном используется в области рефлектометрии GNSS (GNSS-R), но концептуально эквивалентен функции радиолокационной неоднозначности . Фактически систему GNSS-R можно понимать как бистатический радар, то есть конфигурацию, в которой передатчик (спутник GPS/Galileo/ГЛОНАСС/Beidou) и приемник (принимающий отраженный сигнал) различны. транспортные средства.

Бистатическое рассеяние имеет свои сложности, но прибор GNSS-R может работать как радиовысотомер, скаттерометр или даже как радар SAR [1]. Людей часто путают с концепцией GNSS-R, но, по сути, идея GNSS-R состоит в том, чтобы использовать отраженные сигналы GNSS как «сигналы возможности». Это не связано с первоначальными целями навигации/определения местоположения GNSS. На самом деле в GNSS-R навигационные сообщения не демодулируются, разве что для того, чтобы убрать фазовые скачки из-за переходов битов данных.

Термин DDM происходит от того факта, что отражения отображаются в плоскости задержки-доплера. Отражения от разных областей, но на одном и том же расстоянии до приемника и с одним и тем же доплеровским сдвигом отображаются в один и тот же «пиксель» в DDM. Вот почему в радиолокации эта функция называется функцией неоднозначности, потому что в принципе невозможно обнаружить отражение в пространственной области, за исключением зеркального отражения. Хотя есть способы разрешить или уменьшить эту неоднозначность.

Изображение из докторской диссертации Алехандро Эгидо, Рефлектометрия GNSS для приложений дистанционного зондирования земли, июль 2013 г., DOI: 10.13140/RG.2.1.2078.7049

[1] В. У. Заворотный, С. Глисон, Э. Карделлах и А. Кэмпс, «Учебное пособие по дистанционному зондированию с использованием GNSS-бистатического радара возможности», журнал «Науки о Земле и дистанционное зондирование», IEEE, том. 2, нет. 4, стр. 8–45, декабрь 2014 г. https://ieeexplore.ieee.org/document/6985926

DDM измеряет как задержку отраженного сигнала, чтобы вернуться к вам, так и доплеровский (частотный) сдвиг этого сигнала.

На крайнем левом рисунке вы видите изображение отражения сигнала GPS от океана. Ярко-красное пятно — это точка «максимального зеркального отражения», то есть точка непосредственно под космическим кораблем, которая также является наиболее отражающей.

По мере того, как океанские волны делают океан более... волнистым... отражение становится все менее и менее зеркальным. Скорость ветра также имеет какое-то отношение к этому, помимо других эффектов, которые изменяют как частоту, так и количество отраженного сигнала, а также направления.

Поскольку мы знаем, как распространяется сигнал (через атмосферу или в космосе), мы знаем параметры орбиты и мощность передачи/свойства приемных антенн генерирующих/принимающих спутников, мы можем создать теоретическую модель того, как должна отражаться поверхность , учитывая неизвестные, такие как скорость ветра, высота волны и т. д. (в астероидах это будут такие вещи, как альбедо и шероховатость поверхности). Затем можно с помощью МНОЖЕСТВА обработки сигнала найти те неизвестные параметры, которые лучше всего соответствуют отраженным фактическим данным. Затем это можно использовать для определения шероховатости поверхности (и чего угодно еще, например, скорости ветра, для которой у вас есть модель).