SEA WAVE DIAGNOSTICS BY RADIO EMISSIONS FROM ARTIFICIAL EARTH SATELLITES IN DIFFERENT FREQUENCY BANDS
Subject and Purpose. The present paper is concerned with sea wave diagnostics by signals from artificial satellites in a bistatic radar scheme using the grazing radio-wave propagation and a diffuse component of the signal reflected off the sea surface. The possibility is considered to expand the ran...
Saved in:
| Date: | 2024 |
|---|---|
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Видавничий дім «Академперіодика»
2024
|
| Subjects: | |
| Online Access: | http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1433 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Radio physics and radio astronomy |
Institution
Radio physics and radio astronomy| id |
rpra-journalorgua-article-1433 |
|---|---|
| record_format |
ojs |
| institution |
Radio physics and radio astronomy |
| baseUrl_str |
|
| datestamp_date |
2024-03-26T08:24:15Z |
| collection |
OJS |
| language |
Ukrainian |
| topic |
sea disturbance calm Transit and GPS navigation satellites ephemeris Rayleigh parameter diffuse component root-mean-square height of sea waves |
| spellingShingle |
sea disturbance calm Transit and GPS navigation satellites ephemeris Rayleigh parameter diffuse component root-mean-square height of sea waves Zamaraev, V. B. Pedenko, Yu. A. Sinitsky, V. B. SEA WAVE DIAGNOSTICS BY RADIO EMISSIONS FROM ARTIFICIAL EARTH SATELLITES IN DIFFERENT FREQUENCY BANDS |
| topic_facet |
sea disturbance calm Transit and GPS navigation satellites ephemeris Rayleigh parameter diffuse component root-mean-square height of sea waves морське хвилювання штиль штучні навігаційні супутники Землі «Транзит» GPS ефемериди параметр Релея дифузна компонента середньоквадратична висота морських хвиль |
| format |
Article |
| author |
Zamaraev, V. B. Pedenko, Yu. A. Sinitsky, V. B. |
| author_facet |
Zamaraev, V. B. Pedenko, Yu. A. Sinitsky, V. B. |
| author_sort |
Zamaraev, V. B. |
| title |
SEA WAVE DIAGNOSTICS BY RADIO EMISSIONS FROM ARTIFICIAL EARTH SATELLITES IN DIFFERENT FREQUENCY BANDS |
| title_short |
SEA WAVE DIAGNOSTICS BY RADIO EMISSIONS FROM ARTIFICIAL EARTH SATELLITES IN DIFFERENT FREQUENCY BANDS |
| title_full |
SEA WAVE DIAGNOSTICS BY RADIO EMISSIONS FROM ARTIFICIAL EARTH SATELLITES IN DIFFERENT FREQUENCY BANDS |
| title_fullStr |
SEA WAVE DIAGNOSTICS BY RADIO EMISSIONS FROM ARTIFICIAL EARTH SATELLITES IN DIFFERENT FREQUENCY BANDS |
| title_full_unstemmed |
SEA WAVE DIAGNOSTICS BY RADIO EMISSIONS FROM ARTIFICIAL EARTH SATELLITES IN DIFFERENT FREQUENCY BANDS |
| title_sort |
sea wave diagnostics by radio emissions from artificial earth satellites in different frequency bands |
| title_alt |
ДІАГНОСТИКА МОРСЬКОГО ХВИЛЮВАННЯ ЗА РАДІОВИПРОМІНЮВАННЯМ ШТУЧНИХ СУПУТНИКІВ ЗЕМЛІ В РІЗНИХ ЧАСТОТНИХ ДІАПАЗОНАХ |
| description |
Subject and Purpose. The present paper is concerned with sea wave diagnostics by signals from artificial satellites in a bistatic radar scheme using the grazing radio-wave propagation and a diffuse component of the signal reflected off the sea surface. The possibility is considered to expand the range of sea state diagnostics by using satellite emissions in different frequency regions.Methods and Methodology. The research is based on the data of field experiments using over-the-horizon navigation satellites of the first (Transit) and second (GPS) generations. The data processing is by the methods of moving average and moving mean square deviation adopted because of the dynamic character of the experiments given the moving source presence. The sea surface state in a particular experiment is estimated by the diffuse component extracted from the total experimental signal. A comparative analysis of the diffuse component parameters is carried out by computer modeling at various wavelengths, source elevation angles and root- mean-squared wave heights.Results. For both satellite systems GPS and Transit, the experimental results show that in the calm and moderate states of the sea surface, the diffuse component intensity of signal fluctuations caused by sea waves differ significantly and fit in with the model upon the Rayleigh Roughness Criterion. On this basis, an advantage can be taken from the satellite emissions in various frequency ranges to expand the scale of sea state diagnostics. The higher-frequency region therewith offers a more accurate yet more limited scale of the sea state measured. The addition of lower-frequency emissions expands the scale of sea state diagnostics towards the severe states.Conclusions. It has been determined that the range of sea state diagnostics can be expanded by using satellite emissions in different frequency regions.Keywords: sea disturbance, calm, Transit and GPS navigation satellites, ephemeris, Rayleigh parameter, diffuse component, root-mean-square height of sea wavesManuscript submitted 02.09.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(1): 026-037REFERENCES1. Pustovoitenko, V. V., Zapevalov, A. S., 2012. Operational oceanography: Current state, prospects and problems of satellite altimetry. Sevastopol: Marine Hydrophysical Institute of NAS of Ukraine Publ. (in Russian).2. Zavorotny, Z.U., Voronovich, A.G., Katzberg, S.J., Garrison, J.L., Komjathy, A., 2000. Extraction of sea state and wind speed from reflected GPS signals: modeling and aircraft measurements. In: IGARSS 2000: IEEE 2000 Int. Geoscience and Remote Sensing Symp.: Proc. Hilton Hawaiian Village, Honolulu Hawaii, USA, 24—28 July 2000, pp. 57—59. DOI: https://doi.org/10.1109/IGARSS.2000.8572553. Jin, S., Komjathy, A., 2010. GNSS reflectometry and remote sensing: new objectives and results. Adv. Space Res., 46(2), pp. 111— 117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.01.0144. Sinitsky, V. B., 2010. On the possibility of using GPS satellite radiation at low angles to diagnose sea waves. Radiofiz. Elektron., 15(3), pp. 58—64 (in Russian). Available from: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1058165. Zamaraev, V. B., Kabanov, V. A., Morgun, G. M., Sinitsky, V. B., 2004. Variability of characteristics of GPS signals propagating in the near water surface layer of atmosphere. In: V. M. Yakovenko, ed. 1999. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 9(3), pp. 541—548 (in Russian).6. Zamaraev, V. B., Kabanov, V. A., Morgun, G. M., Sinitsky, V. B., 2006. Variations of the tropospheric refraction over the sea. Simultaneous measurements at ground-to-ground and satellite-to-ground radio paths. Telecommunications and Radio Engineering, 65(8), pp. 685—689. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v65.i8.107. Beard, C.I., 1961. Coherent and Incoherent Scattering of Microwaves from the Ocean. IRE Trans. Antennas Propag., 9(5), pp. 470— 483. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1961.11450438. Braude, S.Y. ed., 1962. Radio-oceanographic studies of sea waves: collection of articles. Kiev: AS UkrSSR Publ. (in Russian).9. Balan, M.G., Bespechny, S.B., Gorbach, N.V., Pedenko, Yu.A., Rasskazovsky, V.B., 1982. Statistical characteristics of the field of centimeter and millimeter waves over the sea surface. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Radiofiz., 25(4), pp. 1260—1268 (in Russian). DOI: https://doi.org/10.1007/BF0105178410. Barton, D.K, Ward, H.G., 1969. Handbook of radar measurements. Prentice-Hall.11. Rasskazovsky, V.B., Pedenko, Yu.A., 2003. Millimeter and centimeter wave field model over the sea to investigate methods for measuring the elevation of low-flying targets. In: V.M. Yakovenko, ed. 2003. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 8(1), pp. 22—33 (in Russian).12. Sinitsky, V.B., Tourgenev, I.S., Shirmanova, S.I., 1992. Measurement and calculation of atmospheric refraction angles from radiosettings of satellite over the sea. In: 2013. Radiotekhnika. Republic interdepartmental collection. Kharkiv: NURE Publ. 96, pp. 52—60 (in Russian).13. Tatarsky, V.I., 1967. Wave Propagation in Turbulent Atmosphere. Moscow: Nauka Publ. (in Russian).14. Kulemin, G.P., Razskazovsky, V.B., 1987. Scattering of millimeter radio waves by Earth surface at small angles. Kiev: Naukova dumka Publ. (in Russian).15. NOAA-19. Available from: https://en.wikipedia.org/wiki/NOAA-19 (access date: 14.04.2023). |
| publisher |
Видавничий дім «Академперіодика» |
| publishDate |
2024 |
| url |
http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1433 |
| work_keys_str_mv |
AT zamaraevvb seawavediagnosticsbyradioemissionsfromartificialearthsatellitesindifferentfrequencybands AT pedenkoyua seawavediagnosticsbyradioemissionsfromartificialearthsatellitesindifferentfrequencybands AT sinitskyvb seawavediagnosticsbyradioemissionsfromartificialearthsatellitesindifferentfrequencybands AT zamaraevvb díagnostikamorsʹkogohvilûvannâzaradíovipromínûvannâmštučnihsuputnikívzemlívríznihčastotnihdíapazonah AT pedenkoyua díagnostikamorsʹkogohvilûvannâzaradíovipromínûvannâmštučnihsuputnikívzemlívríznihčastotnihdíapazonah AT sinitskyvb díagnostikamorsʹkogohvilûvannâzaradíovipromínûvannâmštučnihsuputnikívzemlívríznihčastotnihdíapazonah |
| first_indexed |
2025-12-02T15:26:55Z |
| last_indexed |
2025-12-02T15:26:55Z |
| _version_ |
1851757477430820864 |
| spelling |
rpra-journalorgua-article-14332024-03-26T08:24:15Z SEA WAVE DIAGNOSTICS BY RADIO EMISSIONS FROM ARTIFICIAL EARTH SATELLITES IN DIFFERENT FREQUENCY BANDS ДІАГНОСТИКА МОРСЬКОГО ХВИЛЮВАННЯ ЗА РАДІОВИПРОМІНЮВАННЯМ ШТУЧНИХ СУПУТНИКІВ ЗЕМЛІ В РІЗНИХ ЧАСТОТНИХ ДІАПАЗОНАХ Zamaraev, V. B. Pedenko, Yu. A. Sinitsky, V. B. sea disturbance; calm; Transit and GPS navigation satellites; ephemeris; Rayleigh parameter; diffuse component; root-mean-square height of sea waves морське хвилювання; штиль; штучні навігаційні супутники Землі «Транзит»; GPS; ефемериди; параметр Релея; дифузна компонента; середньоквадратична висота морських хвиль Subject and Purpose. The present paper is concerned with sea wave diagnostics by signals from artificial satellites in a bistatic radar scheme using the grazing radio-wave propagation and a diffuse component of the signal reflected off the sea surface. The possibility is considered to expand the range of sea state diagnostics by using satellite emissions in different frequency regions.Methods and Methodology. The research is based on the data of field experiments using over-the-horizon navigation satellites of the first (Transit) and second (GPS) generations. The data processing is by the methods of moving average and moving mean square deviation adopted because of the dynamic character of the experiments given the moving source presence. The sea surface state in a particular experiment is estimated by the diffuse component extracted from the total experimental signal. A comparative analysis of the diffuse component parameters is carried out by computer modeling at various wavelengths, source elevation angles and root- mean-squared wave heights.Results. For both satellite systems GPS and Transit, the experimental results show that in the calm and moderate states of the sea surface, the diffuse component intensity of signal fluctuations caused by sea waves differ significantly and fit in with the model upon the Rayleigh Roughness Criterion. On this basis, an advantage can be taken from the satellite emissions in various frequency ranges to expand the scale of sea state diagnostics. The higher-frequency region therewith offers a more accurate yet more limited scale of the sea state measured. The addition of lower-frequency emissions expands the scale of sea state diagnostics towards the severe states.Conclusions. It has been determined that the range of sea state diagnostics can be expanded by using satellite emissions in different frequency regions.Keywords: sea disturbance, calm, Transit and GPS navigation satellites, ephemeris, Rayleigh parameter, diffuse component, root-mean-square height of sea wavesManuscript submitted 02.09.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(1): 026-037REFERENCES1. Pustovoitenko, V. V., Zapevalov, A. S., 2012. Operational oceanography: Current state, prospects and problems of satellite altimetry. Sevastopol: Marine Hydrophysical Institute of NAS of Ukraine Publ. (in Russian).2. Zavorotny, Z.U., Voronovich, A.G., Katzberg, S.J., Garrison, J.L., Komjathy, A., 2000. Extraction of sea state and wind speed from reflected GPS signals: modeling and aircraft measurements. In: IGARSS 2000: IEEE 2000 Int. Geoscience and Remote Sensing Symp.: Proc. Hilton Hawaiian Village, Honolulu Hawaii, USA, 24—28 July 2000, pp. 57—59. DOI: https://doi.org/10.1109/IGARSS.2000.8572553. Jin, S., Komjathy, A., 2010. GNSS reflectometry and remote sensing: new objectives and results. Adv. Space Res., 46(2), pp. 111— 117. DOI: https://doi.org/10.1016/j.asr.2010.01.0144. Sinitsky, V. B., 2010. On the possibility of using GPS satellite radiation at low angles to diagnose sea waves. Radiofiz. Elektron., 15(3), pp. 58—64 (in Russian). Available from: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1058165. Zamaraev, V. B., Kabanov, V. A., Morgun, G. M., Sinitsky, V. B., 2004. Variability of characteristics of GPS signals propagating in the near water surface layer of atmosphere. In: V. M. Yakovenko, ed. 1999. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 9(3), pp. 541—548 (in Russian).6. Zamaraev, V. B., Kabanov, V. A., Morgun, G. M., Sinitsky, V. B., 2006. Variations of the tropospheric refraction over the sea. Simultaneous measurements at ground-to-ground and satellite-to-ground radio paths. Telecommunications and Radio Engineering, 65(8), pp. 685—689. DOI: https://doi.org/10.1615/TelecomRadEng.v65.i8.107. Beard, C.I., 1961. Coherent and Incoherent Scattering of Microwaves from the Ocean. IRE Trans. Antennas Propag., 9(5), pp. 470— 483. DOI: https://doi.org/10.1109/TAP.1961.11450438. Braude, S.Y. ed., 1962. Radio-oceanographic studies of sea waves: collection of articles. Kiev: AS UkrSSR Publ. (in Russian).9. Balan, M.G., Bespechny, S.B., Gorbach, N.V., Pedenko, Yu.A., Rasskazovsky, V.B., 1982. Statistical characteristics of the field of centimeter and millimeter waves over the sea surface. Izv. Vyssh. Uchebn. Zaved. Radiofiz., 25(4), pp. 1260—1268 (in Russian). DOI: https://doi.org/10.1007/BF0105178410. Barton, D.K, Ward, H.G., 1969. Handbook of radar measurements. Prentice-Hall.11. Rasskazovsky, V.B., Pedenko, Yu.A., 2003. Millimeter and centimeter wave field model over the sea to investigate methods for measuring the elevation of low-flying targets. In: V.M. Yakovenko, ed. 2003. Radiofizika i elektronika. Kharkov: IRE NAS of Ukraine Publ. 8(1), pp. 22—33 (in Russian).12. Sinitsky, V.B., Tourgenev, I.S., Shirmanova, S.I., 1992. Measurement and calculation of atmospheric refraction angles from radiosettings of satellite over the sea. In: 2013. Radiotekhnika. Republic interdepartmental collection. Kharkiv: NURE Publ. 96, pp. 52—60 (in Russian).13. Tatarsky, V.I., 1967. Wave Propagation in Turbulent Atmosphere. Moscow: Nauka Publ. (in Russian).14. Kulemin, G.P., Razskazovsky, V.B., 1987. Scattering of millimeter radio waves by Earth surface at small angles. Kiev: Naukova dumka Publ. (in Russian).15. NOAA-19. Available from: https://en.wikipedia.org/wiki/NOAA-19 (access date: 14.04.2023). Предмет і мета роботи. Предметом досліджень є діагностика морського хвилювання сигналами штучних супутників Землі (ШСЗ) у схемі бістатичної радіолокації при ковзному поширенні радіохвиль, з використанням дифузної компоненти відбитого від поверхні сигналу. Мета роботи — вивчення можливості розширення досліджуваного діапазону морського хвилювання сигналами ШСЗ шляхом використання випромінювання супутників у різних частотних діапазонах.Методи та методологія. Дослідження проведено за результатами натурних експериментів з навігаційними супутниками I («Транзит») та II (GPS) поколінь, що заходять за горизонт над морською поверхнею. Зважаючи на динамічний характер експериментів, пов’язаний з наявністю рухомого джерела, при обробці результатів дослідів використовувались методи ковзного середнього та ковзного середньоквадратичного відхилення. Виділені з експериментальних сигналів дифузні компоненти використовувалися для оцінки ступеня морського хвилювання в конкретних дослідах. Засобами комп’ютерного моделювання здійснено порівняльний аналіз параметрів дифузних компонент при різних довжинах хвиль, кутах місця джерела та середньоквадратичних висотах морських хвиль.Результати. Експерименти, проведені з супутниками GPS і «Транзит» в умовах штилю та помірного хвилювання, показують суттєву відмінність в інтенсивності дифузної компоненти флуктуацій сигналів, обумовленої морським хвилюванням, у кожній із систем і відповідають моделі, що базується на ефекті Релея для шорстких поверхонь. З огляду на це випромінювання супутників у різних частотних діапазонах може бути використане для розширення шкали досліджуваних значень морського хвилювання. При цьому високочастотному діапазону притаманна більш докладна, але обмежена шкала вимірюваних хвилювань, а додаткове застосування низькочастотного випромінювання дозволить розширити діапазон визначення ступеня морського хвилювання у бік великих значень.Висновки. Установлено, що використання випромінювання супутників у різних частотних діапазонах дозволяє розширити діапазон визначення ступеня морського хвилювання.Ключові слова: морське хвилювання; штиль; штучні навігаційні супутники Землі «Транзит»; GPS; ефемериди; параметр Релея; дифузна компонента; середньоквадратична висота морських хвильСтаття надійшла до редакції 02.09.2023Radio phys. radio astron. 2024, 29(1): 026-037БІБЛІОГРАФІЧНИЙ СПИСОК1. Пустовойтенко В.В., Запевалов А.С. Оперативная океанография: Современное состояние, перспективы и проблемы спутниковой альтиметрии. Севастополь: Морской гидрофизический институт НАН Украины, 2012. 218 с.2. Zavorotny Z.U., Voronovich A.G., Katzberg S.J., Garrison J.L., Komjathy A. Extraction of sea state and wind speed from reflected GPS signals: modeling and aircraft measurements. IEEE Int. Geoscience and Remote Sensing Symp. (IGARSS 2000). Hilton Hawaiian Village, Honolulu Hawaii, USA, 24—28 July 2000. P. 57—59. DOI: 10.1109/IGARSS.2000.8572553. Jin S., Komjathy A. GNSS reflectometry and remote sensing: new objectives and results. Adv. Space Res. 2010. Vol. 46, Iss. 2. P. 111—117. DOI: 10.1016/j.asr.2010.01.0144. Синицкий В.Б. О возможности использования излучения спутников GPS под малыми углами для диагностики морского волнения. Радиофизика и электроника. 2010. Т. 15, № 3. С. 58—64. URL: http://dspace.nbuv.gov.ua/handle/123456789/1058165. Замараев В.Б., Кабанов В.А., Моргун Г.М., Синицкий В.Б. Изменчивость характеристик сигналов GPS, распространяю- щихся в приводном слое атмосферы. Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 2004. Т. 9, № 3. С. 541—548.6. Zamaraev V.B., Kabanov V.A., Morgun G.M., Sinitsky V.B. Variations of the Tropospheric Refraction over the Sea. Simultaneous Measurements at Ground-to-Ground and Satellite-to-Ground Radio Paths. Telecommunications and Radio Engineering. 2006. Vol. 65, Iss. 8. P. 685—689. DOI: 10.1615/TelecomRadEng.v65.i8.107. Beard C.I. Coherent and Incoherent Scattering of Microwaves from the Ocean. IRE Trans. Antennas Propag. 1961. Vol. 9, Iss. 5. P. 470—483. DOI: 10.1109/TAP.1961.11450438. Радиоокеанографические исследования морского волнения: сб. статей под ред. С.Я. Брауде. Киев: Изд. АН УССР, 1962. 242 с.9. Балан М.Г., Беспечный С.Б., Горбач Н.В., Педенко Ю.А., Разсказовский В.Б. Статистические характеристики поля санти- метровых и миллиметровых волн над поверхностью моря. Изв. вузов. Радиофизика. 1982. Т. 25, № 4. С. 1260—1268.10. Бартон Д., Вард Г. Справочник по радиолокационным измерениям. Пер. с англ. под ред. М.М. Вейсбейна. М.: Сов. радио, 1976. 392 с.11. Разсказовский В.Б., Педенко Ю.А. Модель поля миллиметровых и сантиметровых волн над морем для исследования ме- тодов измерения углов места низколетящих целей. Радиофизика и электрон.: сб. науч. тр. Ин-т радиофизики и электрон. НАН Украины. Харьков, 2003. Т. 8, №1. С. 22—33.12. Синицкий В.Б., Тургенев И.С., Ширманова С.И. Измерение и расчет углов атмосферной рефракции по радиозаходам ИСЗ над морем. Радиотехника. Республик. межвед. науч.-техн. сб. Вып. 96. Харьков, 1992. С. 52—60.13. Татарский В.И. Распространение волн в турбулентной атмосфере. М.: Наука, 1967. 548 с.14. Кулемин Г.П., Разсказовский В.Б. Рассеяние миллиметровых радиоволн поверхностью Земли под малыми углами. Киев: Наукова думка, 1987. 230 с.15. NOAA-19. URL: https://en.wikipedia.org/wiki/NOAA-19 (дата звернення: 14.04.2023). Видавничий дім «Академперіодика» 2024-03-11 Article Article application/pdf http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1433 10.15407/rpra29.01.026 РАДИОФИЗИКА И РАДИОАСТРОНОМИЯ; Vol 29, No 1 (2024); 26 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY; Vol 29, No 1 (2024); 26 РАДІОФІЗИКА І РАДІОАСТРОНОМІЯ; Vol 29, No 1 (2024); 26 2415-7007 1027-9636 10.15407/rpra29.01 uk http://rpra-journal.org.ua/index.php/ra/article/view/1433/pdf Copyright (c) 2024 RADIO PHYSICS AND RADIO ASTRONOMY |