CC BY
77
Секция радиоприемных устройств и телевидения
УДК 621.396.962.25
А.В. Кравец, А.В. Некрасов, В.А. Буряк, С.А. Воронов
О КОГЕРЕНТНОМ РАССЕЯНИИ РАДИОВОЛН ОТ СТАТИСТИЧЕСКИ НЕРОВНОЙ ПОВЕРХНОСТИ
Важнейшей характеристикой радиосигнала, отраженного от статистически неровной поверхности, является когерентная составляющая. В работах [1-4] в рамках метода Кирхгофа решалась задача о когерентном рассеянии радиоволн и получены соответствующие выражения для мощности когерентной составляющей.
В [4] отмечено, что учет наклонов поверхности позволяет повысить точность расчета рассеянного поля. В связи с этим будем решать задачу рассеяния радиоволн в приближении Кирхгофа с учетом локального характера коэффициентов от, .
, , h=h(x,y), из точки А (0,0, z0) облучается монохроматической электромагнитной волной. Геометрия задачи показана на рис.1.
Рис.1
Комплексную амплитуду напряжения на выходе приёмной антенны можно найти из выражения [1,4]
ип = ^ Л F„ (а,Ша,№-1exp[-2,kR ]*, (1)
где:
2 п
-мощность, излучаемая антенной; Pa -
коэффициент усиления антенны; Л- длина излучаемой волны; Fn(а,в) - ком-
плексный коэффициент отражения; Rnp - входное сопротивление согласованного с
,
(ДНА); Я - расстояние от источника облучения до центра элементарной площадки ds, - точки М(х,у,^); к - волновое число падающей радиоволны (к = 2п/Л ); 8 -
пряженности электрического поля в точке А(0,0,г0) соответствен но при вертикальной и горизонтальной поляризациях излучаемой и принимаемой волн.
Для описания ДНА воспользуемся уравнением Г аусса. Предположим, что ось ДНА отклоняется на небольшие углы и что в пределах первой зоны Френеля зна-
случае выражение F(а,в) = F(а0,в0) можно вынести за знак интеграла в (1). Коэффициенты отражения Р(а,Р), найденные в рамках метода Кирхгофа с учётом локального характера коэффициента отражения Френеля и влияния наклонов поверхности на отраженное поле, представим разложением в ряд Тейлора по степеням hx, h у с точностью до членов второго порядка малости:
Учитывая, что ординаты поверхности h и их производные (наклоны) имеют
, (1) -, , -ния комплексной амплитуды на выходе приёмной антенны в виде
антенной приёмника; Aef = G0Л/4п; а- текущий угол визирования в азимутальной плоскости; в- текущий угол визирования в угломестной плоскости; G(а в) -
облучаемая площадка; п=1,2; Е1 = ЕВ, Е2 = Е^ - комплексные амплитуды на-
чение F(а, в) постоянно, а углы и являются углами отклонения от оси ДНА. В этом
где а^п, Ъ]п, Cjn - коэффициенты разложения.
(3)
х| ]^(х,у)ехр[—2ikR1]dxdy,
где - среднеквадратическое отклонение ординат поверхности;
2 2
ах ,ау - дисперсии наклонов поверхности в направлении координатных осей ОХ ,ОУ.
Мощность средней составляющей отраженного сигнала определим по формуле
Р =
ип и
2Я
(4)
п, р
Вычислив интеграл в (1) с учётом результатов, полученных в [ 3 ],и используя (4), , . . -
полнении условия квсДо >> 2,76 выражение вида
Ра, п = Р0 еХР
- 1,38
8Ш2 2в в
ехр
- [оп ^Д)2
(5)
где ва - ширина ДНА на уровне половинной мощности.
Р0 = PaGо2 Ап Л2 / 64 п2 Я,2 -
0 - мощность сигнала, отраженного от плоской
поверхности при вертикальном визировании,
г
а2, п _2 , т» - ь2, п 2
1 + Яе-^ ах + Яе-
а
0, п
а
У
0, п /
£С08в-^£- 8Ш2 в
а
£С08в+^£+ 8Ш2 в -£С08в 28Ш2 а
2,1 + ¿МП ис
а0,1 ( £ С082 в- 81П2 в)л/ £ + 8!П2 в С08^д/^-81й2в - 8Ш2 в
+
£8Ш в
+
2£- 8Ш2 в)/2 - С082 ^£С08в + 3^£- 8Ш2 в
С08 а
С08в(£С082 в - 81Пв){£С08в + £8Пв
\ £ - 8Ш2 в - С08в
а0,2 = I ' ==
-у/£ - 8Ш в + С08в
£- 8Ш2 в
С08 в,
а0.1 =
2
2,1
С08 в
81П
а.
0,1
д£- 81п2 в
+ -
1 + 81п2 в+ 2 С08вв£- 81П2 в - 2£
281п а
С08в£- 81п2 в + 81п2 в
С082 а
С08
в(£- 81п2 в))
К п „ а2, п
Выражения для----- получается из соответствующих отношении------ путем за-
а0, п
2 -2 -2 2 мены С08 а на 81п а и 81п а на С08 а.
а,
0, п
. (5) -
ные максимальное и минимальное значения для различных почв и учитывая, что максимальные значения дисперсии наклонов земной поверхности составляют
2 2
ах =0,063; ау =0,0414, а также вычисляя коэффициент Ап, видим, что вклад
наклонов поверхности в мощность средней составляющей отражённого сигнала не превышает 1%. Следовательно, им можно пренебречь. Исследуем влияние влажности, длины волны и типа почвы на коэффициент Ап. Семейства графиков 2 и 3 демонстрируют эту зависимость.
Серый суглинок, р =1,4г/см
1Ь го у/|%)
Л =10м, р=1,4г/см
Рис.2
Рис. 3
2
ЛИТЕРАТУРА
1. Зубковт С.Т. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности. М.:Сов. радио, 1969.
2. Басс Ф.Г., Фукс КМ. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. М.:Наука ,1972.
3. Гарнакерьян А.А., Сосунов А.С. Радиолокация морской поверхности Ростов н/Д.;изд. РГУ,1978.
4. Жуковский А/7. , Оноприенко Е.И. ,Чижов В.И. Теоретические основы радиовысото-метрии . М.: Сов. радио , 1979.
5. Градштейн КС, Рыжик КМ. Таблицы интегралов, сумм, рядов и произведений . М.: Наука ,1971.
УДК 621.396.96
А. А. Гарнакерьян, Я.В. Лобач
ДИСТАНЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО СЛОЯ ПОЧВ В ДЕКАМЕТРОВОМ ДИАПАЗОНЕ
В последние годы много работ посвящено дистанционному определению вла-гозапаса почв [1-3]. Исследования проводились в широком диапазоне частот.
В результате выявлены и исследованы различные факторы, влияющие на точность измерений [экранировка почв растительностью, неровности поверхности, влияние типа почвы на зависимость диэлектрической проницаемости от влажности е(Ж) ]; оценена глубина зондируемого слоя. Оказалось, что толщина слоя, в котором удается оценить влагозапас с помощью СВЧ-измерений, не превышает й = Л / (\6-Js). Отсюда следует, что для прямой оценки влагозапаса на глубинах
до одного метра необходимо применение декаметрового диапазона электромагнитного излучения.
С целью выявления возможностей использования декаметрового диапазона для контроля влажности почв был проведен ряд радиолокационных измерений с борта самолета на высотах 500 - 1000 м и скоростях полета 180 - 190 км/ч. Несущая частота передатчика - 30 МГ ц, длительность радиоимпульсов - 1 мкс, частота следования импульсов - 10 КГ ц. Регистрировалась усредненная за 10 с амплитуда . -
верхностью. Маршруты полетов включали орошаемые и неорошаемые поля, районы с различными покровами и типами почв. Данные по влажности в метровом слое почвы контролировались Ростовской гидрогеологомелиоративной партией в течение суток после каждого эксперимента. Измеренная радиолокатором диэлек-
8 20.
корреляции диэлектрической проницаемости £ с влажностью на глубине до 25 см составлял 0,81 - 0,88. На глубинах до 1 метра коэффициент корреляции уменьшается до 0,53 - 0,6.
Таким образом, показано, что на частоте 30 МГц прямую оценку влагозапаса
25 . -
са на больших глубинах необходимо использовать более низкие частоты излуче-
.
ЛИТЕРАТУРА
1. . . ,
поверхности. М.: Сов. радио, 1968, с.223.
2. Арманд КА., Олексич В.Н., Шинкарюк ВТ., Шутко А.М. Дистанционное определение
. / ,1981, 1,
с.58-61.
