The Side-looking Airborne Radar (3/3)

Ανίχνευση πετρελαίου

Είδαμε ότι το SLAR είναι ένα ραντάρ απεικόνισης και τα δεδομένα του δίνουν έναν χάρτη με την πυκνότητα της περιοχής που περάσαν από πάνω. Η πυκνότητα από την επιφάνεια της θάλασσας εξαρτάται από τον αέρα και τα κύματα. Όταν δεν υπάρχει άνεμος ή κύματα, η επιφάνεια της θάλασσας είναι σχεδόν απόλυτα επίπεδη. Στη συνέχεια, οι παλμοί ραντάρ αντανακλούν ακριβώς όπως μια ακτίνα φωτός σε μια επιφάνεια καθρέφτη: εκτός από τους παλμούς που εκπέμπονται κάθετα προς τα κάτω (τα οποία δεν χρησιμοποιούνται ούτως ή άλλως), οι παλμοί του ραντάρ αντικατοπτρίζουν μακριά από το αεροσκάφος, και καμία ένταση του σήματος θα μετρηθεί. Όταν ο άνεμος είναι παρόν κύματα θα εμφανιστούν: τα τριχοειδή κύματα που έχουν μήκη κύματος μερικών χιλιοστών σε ταχύτητες ανέμου λίγο περισσότερο από 50 cm/s, καθώς επίσης και τα κύματα βαρύτητας με μεγαλύτερα μήκη κύματος, σε υψηλότερες ταχύτητες ανέμου. Είναι αυτή η επιφανειακή τραχύτητα που προκαλεί την πυκνότητα των σημάτων που ανιχνεύονται από την κεραία SLAR ακόμα και σε μεγάλες γωνίες επίπτωσης θ των παλμών ραντάρ. Ο λόγος είναι ότι πάντα υπάρχουν πτυχές κυμάτων με έναν προσανατολισμό, έτσι ώστε το κανονικό για τις πτυχές δείχνουν προς την κατεύθυνση του αεροσκάφους, προκαλώντας έτσι τον προβληματισμό για την κεραία SLAR.

Η τραχιά επιφάνεια της θάλασσας προκαλεί διάχυτη αντανάκλαση του κύματος ραντάρ, καθώς και ένα μικρό κλάσμα του ανακλώμενου κύματος ανιχνεύεται από την κεραία SLAR. Μια πετρελαιοκηλίδα αμβλύνει τα κύματα στην επιφάνεια της θάλασσας, μειώνεται το backscattering και το σήμα χάνεται.

Μια πιο ακριβής εξήγηση: σκέδασης Bragg ↓ ↑

Το σήμα ραντάρ από την τραχιά επιφάνεια της θάλασσας οφείλεται στην σκέδαση Bragg των κυμάτων ραντάρ που απορρέουν από σύντομη βαρύτητα και τριχοειδή κύματα. Θεωρούμε τα κύματα του νερού με μήκος κύματος d, και ένα κύμα ραντάρ με μήκος κύματος λ που χτυπάνε την επιφάνεια του νερού σε γωνία επίπτωσης θ. Η αντανάκλαση της απήχησης προς την κατεύθυνση του εισερχόμενου κύματος παρουσιάζεται όταν η σκέδαση Bragg πληρεί την παρακάτω προϋπόθεση: Resonance reflection into the direction of the incoming wave occurs if the Bragg scattering condition is met:

$dsin\theta =\frac{\lambda }{2}$

Προφανώς, τα μήκη κύματος του ραντάρ και τα τριχοειδή κύματα είναι της ίδιας τάξης μεγέθους: τριχοειδή κύματα με μήκη κύματος από λίγα χιλιοστά μέχρι μερικά εκατοστά προκαλούν ηχηρή Bragg backscattering των κυμάτων ραντάρ του εκατοστού. Η επίδραση αυτή στη συνέχεια διαμορφώνονται από μεγαλύτερα κύματα βαρύτητας στην επιφάνεια του νερού και από τα ρεύματα που επηρεάζουν την τραχύτητα της επιφάνειας της θάλασσας. Συνεπώς, αυτά τα φαινόμενα είναι επίσης εμφανείς σε εικόνες ραντάρ από την επιφάνεια της θάλασσας.

Η ανίχνευση του πετρελαίου στην επιφάνεια της θάλασσας βασίζεται στις διάφορες αποδόσεις πυκνότητας μιας πετρελαιοκηλίδα από αυτό του γύρω μη-μολυσμένου χώρου. Το πετρέλαιο στην επιφάνεια του νερού αμβλύνει τα τριχοειδή κύματα πολύ αποτελεσματικά, τα μικρά κύματα στην επιφάνεια της θάλασσας εξαφανίζονται, με αποτέλεσμα την μείωση του backscatter ραντάρ προς την κεραία SLAR. Αυτό το αποτέλεσμα επιτυγχάνεται με πολύ λεπτές επιφανειακές στρώσεις με μόνο μερικά μικρόμετρα, και έχει παρατηρηθεί ακόμη και με στρώματα πάχους ενός μορίου (monomolecular στρώσεις). Ως εκ τούτου, το SLAR είναι πολύ αποτελεσματικό για την ανίχνευση πετρελαιοκηλίδων, αλλά δεν υπάρχουν πληροφορίες σχετικά με το πάχος στις εικόνες SLAR.

Η εικόνα SLAR ενός πλοίου φάινεται ως μια λευκή κηλίδα, λόγω της υψηλής backscatter απόδοσης. Το πλοίο χύνειπετρέλαιο, που φαίνεται ως μια σκοτεινή δομή που οφείλεται στη μείωση της πυκνότητας από τα κύματα που έχουν ησυχάσει στην επιφάνεια της θάλασσας. Η τροχιά των αεροσκαφών είναι παράλληλη με το αριστερό άκρο της εικόνας, πράγμα που εξηγεί την ένταση της απώλειας της πυκνότητας από τα αριστερά προς τα δεξιά, δηλαδή, με το αυξανόμενο εύρος της κλίσης.
Πηγή: Το Πείραμα Αρχιμήδης 2, Joint Research Centre, Ispra Establishment

Σχετικοί σύνδεσμοι SEOS

• Φύλλο εργασίας: Ανίχνευση πετρελαιοκηλίδας μεγάλης ακτίνας με ραντάρ,
  ως σελίδα html ή σε μορφή rtf για εκτύπωση
• Οπτική εμφάνιση του πετρελαίου στην επιφάνεια του νερού
• Ο Σαρωτής UV-IR
• Το ραδιόμετρο μικροκυμάτων (MWR)
• Το Fluorosensor λέιζερ (LFS)