Supplement 2.16: De zijwaarts kijkende luchtradar (3/3)

Oliedetectie

We hebben gezien dat een SLAR een beeldvormende radar is en dat de gegevens ervan een kaart van de weerkaatste straling opleveren van het gebied waar men overheen vliegt. De weerkaatste straling van het zeeoppervlak is afhankelijk van wind en golven. Wanneer er geen wind en golven zijn, is het zeeoppervlak bijna perfect vlak. Dan worden de radarimpulsen net zo teruggekaatst als een lichtstraal op een spiegeloppervlak: behalve voor impulsen die verticaal naar beneden worden uitgezonden (die eigenlijk niet gebruikt worden), worden de radarimpulsen van het vliegtuig weg weerkaatst en er zou geen signaalsterkte gemeten worden. Wanneer er wind is, zullen er golven komen: capillaire golven met golflengtes van een paar millimeter bij windsnelheden van iets meer dan 50 cm/s, en ook zwaartekrachtgolven met grotere golflengtes bij een hogere windsnelheid. Het is deze oppervlakteruwheid die weerkaatste signalen veroorzaakt die door de SLAT-antenne gedetecteerd worden, zelfs bij grote invalshoeken θ van de radarimpuls. De reden is dat er altijd golfvlakken zijn met een zodanige oriëntatie dat de normaal ten opzichte van de punten van de vlakken in de richting van het vliegtuig wijzen, en zo dus weerkaatsing naar de SLAR-antenne veroorzaken.

Het ruwe zeeoppervlak veroorzaakt diffuse weerkaatsing van de radargolf en een kleine fractie van de weerkaatste golf wordt door de SLAR-antenne gedetecteerd. Een olieslik dempt de golven op het zeeoppervlak, de weerkaatsing vermindert en het signaal gaat verloren.

Een meer nauwkeurige uitleg: Bragg scattering ↓ ↑

Het radarsignaal van het ruwe zeeoppervlak is er dankzij "Bragg scattering" van de radargolf veroorzaakt door korte zwaartekracht- en capillaire golven. We kijken naar watergolven met een golflengte d en een radargolf met golflengte λ die het wateroppervlak raakt met een invalshoek θ. Resonantieweerkaatsing in de richting van de inkomende golf treedt op, als aan de "Bragg scattering"-voorwaarde voldaan is:

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

Klaarblijkelijk zijn de golflengtes van radar- en capillaire golven in dezelfde orde van grootte: capillaire golven met een golflengte van een paar millimeter tot centimeter veroorzaken resonante "Bragg backscattering" van radargolven met een golflengte van centimeter. Dit effect wordt dan gemoduleerd door langere zwaartekrachtgolven op het wateroppervlak en door stromen die inwerken op de ruwheid van het zeeoppervlak. Daarom zijn deze verschijnselen ook zichtbaar op radarbeelden van het zeeoppervlak.

Detectie van olie op het zeeoppervlak is gebaseerd op het verschillend weerkaatsingsrendement van een olieslik ten opzichte van dat van de omringende, niet verontreinigde zone. Olie op het wateroppervlak dempt capillaire golven zeer doeltreffend, rimpelgolven op het zeeoppervlak verdwijnen waarbij de radarweerkaatsing naar de SLAR-antenne vermindert. Het dempingseffect treedt op bij zeer dunne oppervlaktefilms met een dikte van een paar micrometers en is zelfs waargenomen bij lagen met een dikte van één molecule (monomoleculaire films). Daarom is SLAR zeer doeltreffend om oliefilms te detecteren, maar er is geen informatie over de filmdikte op de SLAR-beelden.

SLAR-beeld van een schip dat als een witte vlek te zien is vanwege haar hoge weerkaatsingsrendement. Het schip loost olie dat als een donkere structuur te zien is vanwege de verminderde weerkaatsing door gedempte golven op het zeeoppervlak. De koers van het vliegtuig is evenwijdig aan de linkerrand van het beeld, wat het verlies aan weerkaatsingssterkte van links naar rechts verklaart, d.w.z. met toenemende schuinte.
Bron: Het Archimedes 2-experiment, Joint Research Centre, Ispra Establishment

Gerelateerde SEOS-links

• Werkblad: Langeafstandsdetectie van een olievlek met radar, als html-pagina of als afdrukbaar rtf-bestand
• Werkblad: Langeafstandsdetectie van een olievlek met radar
• Visueel uitzicht van olie op het wateroppervlak
• De UV-IR-scanner
• De microgolfradiometer (MWR)
• De laserfluorosensor (LFS)