Научная статья на тему 'Мощность, регистрируемая приемником при облучении лазерным пучком неровной земной поверхности в условиях затенений'

Мощность, регистрируемая приемником при облучении лазерным пучком неровной земной поверхности в условиях затенений Текст научной статьи по специальности «Науки о Земле и смежные экологические науки»

CC BY
121
30
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Аннотация научной статьи по наукам о Земле и смежным экологическим наукам, автор научной работы — Белов М. Л., Городничев В. А., Козинцев В. И., Стрелков Б. В.

Рассмотрено рассеяние узкого лазерного пучка на случайно-неровной земной поверхности в условиях затенений. Получены аналитические выражения для средней принимаемой мощности в условиях слабых и сильных затенений при нормальном распределении высот и наклонов поверхности. Они позволяют конкретизировать вид зависимостей средней принимаемой мощности от геометрии подсвета и приема излучения, параметров источника и приемника. Полученные аналитические выражения согласуются с результатами численных расчетов.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по наукам о Земле и смежным экологическим наукам , автор научной работы — Белов М. Л., Городничев В. А., Козинцев В. И., Стрелков Б. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Power Registered by Receiver in Irradiation of Uneven Earth's Surface by Laser Beam under Shading Conditions

The scattering of a narrow laser beam by the randomly uneven Earth's surface under shading conditions is considered. Analytical expressions are derived for the received power average under conditions of both weak and strong shading with the normal distribution of the surface heights and slopes. They allow specifying a kind of dependence of the received power average on the radiation illumination and reception geometry, on the source and receiver parameters. The derived analytical expressions are in agreement with numerical results. Refs.10. Figs.3.

Текст научной работы на тему «Мощность, регистрируемая приемником при облучении лазерным пучком неровной земной поверхности в условиях затенений»

ЛАЗЕРНЫЕ И ОПТИКО-ЭЛЕКТРОННЫЕ СИСТЕМЫ

УДК 551.501

М. Л. Белов, В. А. Г о р о д н и ч е в, В. И. Козинцев, Б. В. Стрелков

МОЩНОСТЬ, РЕГИСТРИРУЕМАЯ ПРИЕМНИКОМ ПРИ ОБЛУЧЕНИИ ЛАЗЕРНЫМ ПУЧКОМ НЕРОВНОЙ ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ В УСЛОВИЯХ ЗАТЕНЕНИЙ

Рассмотрено рассеяние узкого лазерного пучка на случайно-неровной земной поверхности в условиях затенений. Получены аналитические выражения для средней принимаемой мощности в условиях слабых и сильных затенений при нормальном распределении высот и наклонов поверхности. Они позволяют конкретизировать вид зависимостей средней принимаемой мощности от геометрии подсвета и приема излучения, параметров источника и приемника. Полученные аналитические выражения согласуются с результатами численных расчетов.

Задача рассеяния лазерного пучка на неровной земной поверхности в условиях отсутствия затенений рассматривалась в работе [1]. Условие отсутствия затенений одних элементов поверхности другими справедливо для углов подсвета и приема, не очень сильно отличающихся от вертикальных. Если эти углы сильно отличаются от вертикальных, возможна ситуация, показанная на рис. 1. Здесь И — источник излучения, П — приемник, Пи, — телесные углы, характеризующие расходимость излучения источника и угловое поле приемника, Б —

Рис. 1. Пример затенений одних элементов поверхности другими

82 ISSN 0236-3933. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Приборостроение". 2007. № 2

И

П

х

неровная поверхность. Из рисунка видно, что при облучении плоской поверхности в угловое поле приемника попадает все освещенное лазерное пятно (отрезки АВ и СО соответствуют проекциям освещенного лазерного пятна и поля зрения приемника на ось х для плоской поверхности). При облучении неровной поверхности Б в условиях затенений возможна ситуация, когда лазерное пятно разбивается на несколько частей (отрезки сЛ и аЬ соответствуют проекциям освещенного лазерного пятна на ось х для неровной поверхности). В этом случае не все освещенное лазерное пятно попадает в угловое поле приемника, что приводит к уменьшению принимаемой мощности.

Задача рассеяния лазерного пучка на случайно-неровной поверхности в условиях затенений рассматривалась в ряде работ (см., например, [2-4]). Однако в большинстве работ исследовалось отражение лазерного пучка от случайно-неровной поверхности с локально-зеркальным характером отражения элементарных участков (характерным, например, для морской поверхности) и лишь в условиях очень сильных затенений.

Далее для бистатической схемы (когда источник и приемник в общем случае разнесены в пространстве) в условиях слабых и сильных затенений исследуется средняя мощность, регистрируемая приемником при облучении неровной земной поверхности, характер отражения элементарных участков которой близок к диффузному, и проводится сравнение полученных результатов с численными расчетами.

Пусть неровная земная поверхность Б облучается узким лазерным пучком. В качестве модели рельефа неровной земной поверхности будем использовать модель трехмерной случайно-неровной в среднем плоской поверхности, высоты и наклоны которой распределены по нормальному закону [1]. Такая модель вполне приемлема в задачах рассеяния лазерных пучков на неровной земной поверхности, для которых в пределах небольших участков местности поле рельефа можно считать однородным и в среднем плоским. Индикатрису отражения элементарных участков поверхности (размер которых много больше длины волны излучения, но много меньше характерных масштабов поверхности и размеров освещенного лазерного пятна) считаем лам-бертовской [1].

Для описания распространения лазерных пучков в земной атмосфере и рассеяния на неровной поверхности используют статистический и феноменологический подходы. В первом случае исходят из волнового уравнения или эквивалентных ему интегральных представлений и исследуют изменения статистических характеристик волнового поля при распространении в атмосфере и рассеянии на поверхности. При феноменологическом подходе теория строится на представлениях

лучевой оптики (на основе фотометрических величин) и ее математическим аппаратом является уравнение переноса излучения.

Будем, как и в работе [1], использовать первый подход. Расчет энергетических характеристик лазерного пучка, отраженного от неровной поверхности, в этом случае основывается на использовании соотношения взаимности для функции Грина, являющейся фундаментальным решением волнового уравнения, и на введении понятия "фиктивного" источника с параметрами приемника (размер апертуры такого источника равен размеру приемного объектива, а угол расходимости излучения — угловому полю зрения приемной оптической системы) [1, 5, 6].

Рассмотрим небольшой локально-плоский участок ¿Б крупномасштабной поверхности Б. Пусть иотр(г) — отраженное поле на этом участке. Дополним плоский участок до плоскости и положим, что иотр(г) = 0 вне рассматриваемого участка. Тогда, считая, что точка наблюдения (приемник) гп находится в волновой зоне поверхности, для отраженного поля в точке наблюдения имеем [7-9] (рис. 2):

Иотр(гп) = т^т Иотр (г) у(т, Гп) У (г, гп)(и(г) д„(г)) ¿Б, (1)

где дп(г) = —кУ(|г — гп|); к = — — волновое число; п(г) — еди-

Л

ничный вектор нормали к поверхности Б в точке Г; у(т,гп) — поле точечного источника (функция Грина волнового уравнения); У (г, гп) — множитель, учитывающий затенения со стороны точки наблюдения (приемника).

Функция У (г, гп) как и функция У (ги, г), учитывающая затенения со стороны источника излучения, имеет в общем случае сложный вид

(векторы г, гп, ги показаны на рис. 2). Однако эти функции можно заменить на ступенчатые функции п(тгаи,п, г), определяемые следующим образом [7]: п(т и,п, г) = 1, если точка поверхности г = £ (г) освещена падающим с направления ти (от источника) излучением (наблюдается с направления тп (со стороны приемника)); п^и.п, г) = 0 — в противном случае (ти,п — единичные векторы, характеризующие соответственно направления облучения и приема). Неточность, которая допускается при замене функций У (г, гп), У (ги, г) на ступенчатые функции п(ти,п,г), заключается в замене областей полутени на резкую границу свет-тень (см. рис.2, где Дь Д2 — области полутени для освещения поверхности с направления ти). Оценки, проведенные в работе [7], показывают, что при достаточно коротких волнах (что и имеет место в оптическом и ИК-диапазонах спектра) полутенями можно пренебречь.

Используя далее подход, описанный в работе [6] — определяя поля м(-йф) в плоскости фотодетектора (за приемной линзой), умножая м(-йф) на м*(Дф), интегрируя по площади фотодетектора и интегрируя по всей поверхности Б, получим интегральное выражение для мощности Р, регистрируемой приемником при освещении узким лазерным пучком неровной поверхности Б:

Р = 7^2 11 Готр(г-,г')Гп(г,г ')п(гпшг>(тп,г')х

(2п)2 , ,

я

X (п(г)<1п(г))(п(г ')дп(г '))с1гс1г'. (2)

где Готр(г,г') = (мотр(г)п*(г')) — функция когерентности отраженного излучения на поверхности Б (излучения, прошедшего в трассу "источник-поверхность" и отраженного от поверхности) [1]. Угловые скобки в выражении для Готр(г, г') означают усреднение по ансамблю флуктуаций источника излучения и атмосферы; иотр (г) — отраженное поле на поверхности Б; Гп(г, г ') — функция когерентности излучения "фиктивного" источника (с параметрами приемника) [1, 5]. Величина Гп(г, г') — безразмерная. Если эту величину умножить на 1 Вт-м-2, то полученная величина будет иметь смысл функции когерентности излучения, падающего на поверхность Б (без учета затенений) от "фиктивного" источника с параметрами приемника. При этом считают, что размер апертуры "фиктивного" источника равен размеру приемного объектива, угол расходимости излучения — угловому полю зрения приемной оптической системы, а мощность "фиктивного" источника полагают равной 1 Вт [1, 5].

Формула (2) справедлива, когда эффекты рассеяния на неровной поверхности и в атмосфере можно рассматривать независимо. Это

приближение можно использовать при условии малости флуктуаций угла прихода волн (в турбулентной атмосфере) от реального и "фиктивного" источников по сравнению с углами освещения, приема и угловой шириной индикатрисы отражения поверхности.

Используя выражения Гп(r,r') и Готр(r,r') для локально-ламбер-товской поверхности [1], выполняя в выражении (2) замену переменных R = 2 (r + Р'), р = r — r' и проводя интегрирование по dp, переходя, аналогично данным работы [10], от интегрирования по неровной поверхности S к интегрированию по поверхности S0 (проекции S на плоскость z = 0), используя очевидное соотношение п(т, R)2 = ri(mn, R) (так как функция ri(mn, R) принимает всего лишь два значения — ноль и единицу ), после ряда преобразований получим (считаем, что угловое поле приемника мало (ап ^ 1), а оптические оси лазерного пучка и приемной оптической системы лежат в одной плоскости XOZ):

P = A [ — En(R'oC)En(R0'c)ri(mи,Ro)V(rnnR), (3) n J nz

So

где R'oc = {[R0x ctgвъ — Z(R0)] sin ea,Roy}; Röc = {[R0x ctgва—Z(R0)] x x sin9n,Roy}; En(R) = rn(R,p = 0); Ro = {Rox,Roy} — вектор в плоскости z = 0; Ea(R) — освещенность, создаваемая лазерным пучком, падающим на поверхность S от источника (без учета затенений); A — коэффициент отражения (альбедо) элементарной отражающей площадки; ви, 9п — углы между нормалью к плоскости z = 0 и оптическими осями источника и приемника; n = {nx,ny,nz} — вектор нормали к неровной поверхности S;

_ 1 nz = /1 + Yx2 + ; Y = {Yx,Yy} — вектор случайных наклонов неровной поверхности S; Z(Ro) — высота неровной поверхности S в точке Ro.

Величина En(R) — безразмерная. Если En(R) умножить на 1 Вт-м-2, то полученная величина будет иметь смысл освещенности, создаваемой на элементе поверхности S излучением, падающим от "фиктивного" (с параметрами приемника) источника c мощностью 1 Вт.

При отсутствии затенений формула (3) совпадает с выражением для мощности Р, полученным в работе [1] для случайно-неровной локально-ламбертовской поверхности.

Наиболее часто используемой моделью трехмерной неровной земной поверхности является поверхность с гауссовым распределением высот Z и наклонов pY [1].

Усредним выражение (3) по ансамблю неровных поверхностей аналогично работе [7]. Проведем усреднение по всем реализациям поверхности, которые в точке R0 имеют заданную высоту Z и наклон 7. Усредняя далее по всем возможным значениям Z и 7 в точке R0, получим следующее выражение для мощности P (черта сверху обозначает усреднение по ансамблю неровных поверхностей):

СЮ СЮ ctg вп

p = A I W (Z ж/ d7y / W (7)d7xX

— С — С — ctg ви

X [ ^EH(R0c)En(R0'c)P2(C,7xöH,0n), (4)

J nz

So

где W(Z), W(Yx,Yy) — функции распределения высот Z и наклонов Y поверхности; P2(Z,Yx #и,#п) — вероятность того, что точка поверхности, имеющая высоту Z и тангенс угла наклона Yx, не затеняется другими точками этой поверхности как со стороны направления облучения #и, так и со стороны направления наблюдения [7].

Интегрирование по dYx в конечных пределах — от ctg до ctg #п в формуле (4) обеспечивает учет только тех участков поверхности, которые сами себя не затеняют.

Попытки получить из выражения (4) аналитическую формулу для средней мощности P в общей схеме бистатической локации земной поверхности при произвольных затенениях одних элементов поверхности другими приводят к чрезвычайно громоздким математическим выражениям. Поэтому далее аналитические выражения для мощности P приводятся для двух важных случаев: слабых затенений и сильных затенений.

Слабые затенения. В этом случае (определяемом условием из работы [7]: ctg #и,п ^ (тХ )1/2, где тХ — дисперсия случайных наклонов поверхности вдоль оси x), характерном для авиационных систем, величину P2(Z,Yx |$и) можно представить в следующем виде [7]:

P2 (Z,Yx |0иА ) = Pl (Z,Yx |0и )Pl(Z,Yx |0п) (5)

— источник и приемник по разные стороны от оси z;

P2(Z, Yx |0и,0п) = Pi(Z,Yx |max{0H А}) (6)

— источник и приемник по одну сторону от оси z, где P1(Z,Yx |$и,п)

— вероятность выброса случайного поля высот, закрывающего видимость точки поверхности (Z,Yx) со стороны источника (приемника).

Физический смысл последнего выражения очевиден — если нижний луч не затенен, то верхний луч и подавно не пересекается с поверхностью.

Для величины P1(Z,Yx \в) имеет место следующее приближенное

выражение [7]:

Pl(C,lx \в) & 1 - Л(а),

(7)

где

сю

a = (fp; Л((|р)=tgв! К - ctge)W(ix)dix; (8)

ctg в

Л — параметр, характеризующий степень затенений; для слабых затенений (Л < 1): Л(а) & /2 3 exp(-0, 5а2).

(2п)1/2а3

При наклонной локации земной поверхности в приближении слабых затенений одних элементов земной поверхности другими, когда ctg ви,п много больше среднеквадратического значения наклонов поверхности, из уравнения (4), учитывая формулы (5)-(8), имеем

р =

K A

п

W (Z )dZ dYy W (Y)djx

dR r

nz

EH(Rrc)En(RJf), (9)

— oo —oo

где Кзат — коэффициент, учитывающий затенения одних элементов поверхности другими в приближении слабых затенений.

Если источник и приемник расположены по разные стороны от нормали к поверхности Б0, то

K =

Ctg ви

(72)1/2

Ctg вп

(72 )1/2

Если источник и приемник расположены по одну сторону от нормали к поверхности Б0, то

K =

Ctg в

(72F2

в = тах(ви,вп).

Подставляя выражения для Еи(Я) и Еп(Я) [5] в формулу (9), проводя интегрирование (считая поверхность Б плавно-неровной; полагая, что высоты и наклоны поверхности распределены по нормальному закону, а распределение наклонов поверхности является изотропным: Т2 = 7^ = 7о), получим следующую аналитическую формулу для средней мощности Р, регистрируемой приемником при облучении узким лазерным пучком случайно-неровной локально-ламбертовской поверхности в условиях слабых затенений:

р =

аиапКзатА

F (7r)[CH + Сп]-1/2р-1/2П,

(10)

S

o

где

П = [1 + 2a02p-1 СиСп sin2(^ - 0п)]-1/2; Р = C cos2 + Cn cos2 0П;

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

при Yo < 1 величина F(yo) ^ cos #и cos 0п[1 - 7о(1 - tg tg0п)]; o^Yo — дисперсии высот и наклонов неровной поверхности S.

P

В прозрачной атмосфере Си,п = (аи,п^и,п)-2; ап = пr^; аи = па; P0 — мощность, излучаемая источником; ги,гп — наклонные расстояния (вдоль оптических осей лазерного пучка и приемной оптической системы) от источника и приемника до поверхности; аи,п — плоские углы расходимости излучения источника и поля зрения приемника; гп — эффективный радиус приемной апертуры; Wn m(x) — функция Уиттекера.

В случае отсутствия затенений формула (10) совпадает с результатами из работы [1]. При а0,70 ^ 0 формула (10) переходит в выражение для принимаемой мощности, регистрируемой от плоской ламбер-товской поверхности [5].

На рис.3,а показана зависимость принимаемой мощности P от угла освещения поверхности #и в условиях слабых затенений. Расчеты проводились при следующих значениях параметров: #п = 5°; y0 = 0,5; а0 = 1 м; ги = гп = 1 км; аи = 1 мрад; ап = 20 мрад.

На рис. 3, а линия 1 — результаты расчетов для плоской ламбертов-ской поверхности по формулам из работы [5]; 2 — результаты расчетов для случайно-неровной локально-ламбертовской поверхности без учета затенений по аналитической формуле [1] (они совпадают с результатами расчетов по формуле (10) без множителя Кзат); 3 — результаты численных расчетов по интегральной формуле (9); 4 — результаты расчетов по аналитической формуле (10) с учетом затенений.

Из рис. 3, а видно, что при выбранных для расчета параметрах затенения начинают влиять на принимаемую мощность (линии 2, 4 расходятся) при углах 0и « 45°, а при углах 0и « 60° ... 65° формула (10) показывает уже заметное уменьшение принимаемой мощности из-за затенений. В этом диапазоне углов (при #и ^ 60°... 65°) результаты расчетов по формуле (10) согласуются с результатами численных расчетов по интегральной формуле (9). Принимаемая мощность для модели плоской ламбертовской поверхности всегда больше принимаемой мощности от неровной локально-ламбертовской поверхности.

1

р

ЩЕ-008

ОМ+ 000

87,0 87,5

,5 89,0 еи

Р

Ь,001-009

от+000

80Е-ОО9 6г0(1Е-009 4,1№-009 2,00£-009

от* оно

88,5 89,0 ви

86,0 86,5 87,0 97,5 88,0 88,5 в„ г

Рис.3. Зависимость принимаемой мощности от угла освещения поверхности в условиях слабых (а) и сильных (б, в, г) затенений; узкое поле зрения приемника (б); широкое поле зрения приемника (в и г); углы освещения и приема сильно отличаются (в); источник и приемник расположены близко друг от друга (г)

Сильные затенения. В этом случае (определяемом условием из работы [7]: ctg ви,п ^ (7Х)1/2), характерном для настильных (приземных) трасс локации, величина P2(Z,7x\ви,вп) так же, как и для слабых затенений, описывается формулами (5), (6) из работы [6], однако в этом случае величина Р1((,'Ух\в) описывается другим выражением:

сю

Pi((,Yx\0) « 0(ctg в - 7x)exp{ - Л(а) / W(C)d(>}, (11)

Z

f 1 x > 0-

где ©(x) — ступенчатая функция; ©(x) = < o'x < о-' Л(а) — описывается формулами (8)' Для сильных затенений (Л ^ 1) Л ^ 1 /2 .

(2 n)L/2a

При наклонной локации земной поверхности в приближении сильных затенений одних элементов земной поверхности другими (когда ctg ви,п много меньше среднеквадратического значения наклонов поверхности) из уравнения (4) имеем

с с

Р = А/ W (Z )dZ j W (C,j; ви,вп)d7 У dRR0 ЕИ(Я'0С )En(R'c). (12)

— с —с

Здесь, если источник и приемник расположены по одну сторону от нормали к поверхности S0, то

с

W (Z, 7- ви,вп) = ©(ctg в - 7x)W (7)exp|-Л J W (C)d('} -

Z

с

Л = tg в J (ix - ctg e)W (ix )dix - в = швх(ви,вп)-

ctg в

если источник и приемник расположены по разные стороны от нормали к поверхности S0, то

W(Z, 7- ви,вп) = ©(ctg вп - 7x)©(7x - ctg ви)W(f)x

с

x exp{-[Л(а(в = ви)) + Л(а(в = вп))\ j W((')<%'}.

Z

Подставляя в формулу (12) выражения для EH(R) и En(R) для прозрачной атмосферы [5] (приближенно вычисляя интегралы; полагая, что высоты и наклоны земной поверхности распределены по нормальному закону, а распределение наклонов поверхности является изотропным: = 72 = Yo), получим следующую аналитическую формулу

для средней мощности Р, регистрируемой приемником при облучении узким лазерным пучком случайно-неровной локально-ламбертовской поверхности в условиях сильных затенений (источник и приемник по одну сторону от нормали к поверхности $0 ):

P = ^FT(C„ + Cn)-1/2(C„ cos2 6„ + СП cos2 6n)-1/2

znzn

exp{—0,5Л(а)} г . ,..,

х ^Л('а) ( [exp(b) - exp(-b)]w, (13)

где

X

2 f 2

b = 0,5Л(а) erf(X); erf(X) = ~1/2 / exp(-1 )dt; z„,n = z„,n-^sin 6„,n;

0

X =

= ctg6 ; C = C (z , = ); (_2)1/2' w„,n w„,n V^^n " ^„jn/j

C„Cn sin2(6„ - 6п) ]-1

1

V^o

- C„ cos2 6„ + Cn cos2 6n

1/2;

C„ sin 6„ cos 6„ + Cn sin 6n cos 6n Л(а)а0Р (а)

^ ^m 2 л I 2 л ;

C„ cos2 6„ + Cn cos2 6n ' v/2n(1 + X-2):

а =

Л2(а) . í 1 т ( lnlnа\Ii

———• F (а) — ln а - lnln2a - ln 1 --- \

4п(1 + X-2)2' v ' 12а- V ln а J.Í

1/2

1п 1п а 1п а

Для изотропной поверхности приближенная формула для величи ны ш имеет вид

ш = exK4Yf) [0,5cos6„cos2Y?) w-i/4>-I/^2Y?) +

ti

2^"" 2Y2

1 /1 + ctg2 6 \

+ (sin 6„ cos 6„ + sin 6n cos W-1/2,-1/^ -- +

2J-K ' ' ' V 2y2 '

+ sin sin 0n7o1/22-7/4 W-3/4,-3/4 (Л )

V27o '

0 = шах(#и,#п).

На рис.3,б показана зависимость принимаемой мощности P от угла освещения поверхности 0и в условиях сильных затенений. Расчеты проводились при следующих значениях параметров: 0п = 5°; Y0 = 0,5; а0 = 1 м; zH = = 1 км; аи = 1 мрад; ап = 20 мрад.

На приведенном рисунке (как и на рис.3,в и г) линия 1 — результаты расчетов для плоской ламбертовской поверхности по формулам из работы [5]; 2 — результаты расчетов для случайно-неровной локально-ламбертовской поверхности без учета затенений по аналити-

а

ческой формуле [1]; 3 — результаты численных расчетов по интегральной формуле (12); 4 — результаты расчетов по аналитической формуле (13) с учетом затенений.

Из рис. 3, б видно, что условие сильных затенений реализуется при углах, близких к горизонтальным (9и > 87°). Затенения очень сильно уменьшают принимаемую мощность (кривые 3, 4 располагаются существенно ниже кривых 1 и 2). Результаты расчетов по аналитической формуле (13) согласуются с результатами численных расчетов по интегральной формуле (12).

Уменьшение принимаемой мощности из-за затенений одних элементов поверхности другими связано с тем, что лазерный пучок подсвета рассеивается на неровностях поверхности в основном в области, расположенной (при сильных затенениях) вне пересечения диаграмм источника и приемника. Увеличение поля зрения приемника позволяет устранить эту причину уменьшения принимаемой мощности. Это хорошо видно из рис. 3, в, на котором показана зависимость принимаемой мощности Р от угла освещения поверхности 9и в условиях сильных затенений при большом угловом поле приемника: ап = 0,2 рад (остальные параметры и обозначения на рис.3,в те же, что и на рис. 3, б).

Необходимо отметить, что затенения одних элементов поверхности другими не обязательно приводят только к уменьшению принимаемой мощности. Характер влияния затенений на принимаемую мощность в сильной степени зависит от геометрии подсвета и приема излучения (углов 9и и 9п, наклонных расстояний ги и ¿п), и углов расходимости источника аи, и поля зрения приемника ап. Это хорошо видно из рис.3,г, на котором приведена зависимость принимаемой мощности Р от угла освещения поверхности 9и в условиях сильных затенений, полученная при следующих значениях параметров (обозначения на рис.3,г те же, что на предыдущих рисунках): 9п = 70°; 70 = 0,5; а0 = 1 м; ги = гп = 1 км; аи = 1 мрад; ап = 0,2 рад.

Из рис. 6 видно, что принимаемая мощность в условиях сильных затенений существенно больше мощности, рассчитанной без учета затенений. Физически это объясняется тем, что при выбранных для расчета параметрах источник и приемник близки в пространстве, а из-за сильных затенений резко возрастает количество участков поверхности, затеняющих лазерный пучок на небольших (от источника и приемника) расстояниях, что приводит к увеличению доли излучения, рассеянного этими участками поверхности в сторону приемника.

Таким образом, получены аналитические выражения для средней мощности, регистрируемой приемником при рассеянии лазерного пучка на земной (случайно-неровной локально-ламбертовской) поверхно-

сти в условиях слабых и сильных затенений. Они позволяют конкретизировать вид зависимостей средней принимаемой мощности от геометрии подсвета и приема излучения, параметров источника и приемника. Полученные формулы для принимаемой мощности согласуются с результатами численных расчетов.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1.Белов М. Л., Городничев В. А., Козинцев В. А. Рассеяние лазерного пучка на неровной земной поверхности // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Естественные науки". - 2004. - № 3. - С. 79-90.

2. Б е л о в М. Л., Орлов В. М. Рассеяние волнового пучка на случайно-неровной поверхности в атмосфере // Изв. вузов. Сер. Радиофизика. - 1984. -Т. 27, № 3. - С. 294-298.

3. Белов М. Л. О мощности эхо-сигнала при настильных углах локации случайно-неровной поверхности // Оптика и спектроскопия. - 1995. - Т. 78.

- Вып. 3. - С. 521-523.

4. Л а з е р н а я локация взволнованной морской поверхности на настильных трассах в условиях покрытия моря пеной / В.И. Козинцев и др. // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. "Приборостроение". - 2005. - № 3. - С. 14-24.

5. Элементы теории светорассеяния и оптическая локация / В.М.Орлов, И.В. Самохвалов, Г.Г. Матвиенко и др. - Новосибирск: Наука, 1982. - 225 с.

6. Основы импульсной лазерной локации / В.И. Козинцев и др. - М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. - 512 с.

7. Б а с с Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. - М.: Наука, 1972. - 424 с.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

8. Р ы т о в С. М., Кравцов Ю. А., Татарский В. И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. 2. - М.: Наука, 1978. - 463 с.

9. Кравцов Ю. А., Фейзулин З. И. Некоторые следствия из принципа Гюйгенса-Кирхгофа для плавнонеоднородных сред // Изв. вузов. Радиофизика.

- 1969. - Т. 12, № 6. - С. 886-892.

10. Б а с с Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. - М.: Наука, 1972. - 424 с.

Статья поступила в редакцию 8.09.2006

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.