Поляризационный портрет морского льда Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

2007

НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА Серия Радиофизика и радиотехника

№ 112

УДК 621.391

ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЙ ПОРТРЕТ МОРСКОГО ЛЬДА

А. И. ЛОГВИН, М. В. ХАРЛАМОВ

Рассматриваются возможные применения поляризационных сигнатур и их модификация для локальных задач.

Идентификация ледяных образований бывает в определённых случаях весьма затруднительной, поэтому в анализ принимаемого рассеянного излучения необходимо вовлекать как можно больше параметров принимаемых сигналов. Для анализа свойств зондируемой поверхности возможно использовать так называемые поляризационные сигнатуры, то есть специальные характеристики поляризационного состояния рассеянной электромагнитной волны, полученные с помощью матрицы рассеяния.

Основным средством, позволяющим осуществлять радиополяриметрический анализ морского льда, является матрица рассеяния [1]. Эти характеристики строятся в трёхмерном пространстве, и такие объёмные фигуры дают поляризационный образ зондируемого объекта.

Эффективная площадь рассеяния (ЭПР) а является функцией от (ап, /п ,а , /р), где а -

угол эллиптичности, / - угол ориентации плоскости поляризации, индексы «п» и «р» - введены для падающей и рассеянной волны. Функции а(ап,/п,а ,/р) называются поляризационными

сигнатурами ансамбля рассеивателей. Построение этих функций осуществляется в трехмерном пространстве, где по двум осям откладываются угол эллиптичности аэ и угол ориентации

плоскости поляризации /, а по третьей оси откладывается значение а0 - нормированное значение ЭПР. Каждому зондируемому объекту будут соответствовать свои поляризационные сигнатуры. Пример такой сигнатуры показан на рисунке.

Можно полагать, что с помощью известных результатов дистанционного зондирования возможно построение поляризационных сигнатур для разных видов морских льдов, то есть с помощью поляризационных образов возможно создания банка данных морских льдов [1].

И хотя построение поляризационных сигнатур основано на известном представлении параметров Стокса через геометрические параметры эллипса, на выходе большинства мониторинговых радиолокационных систем, в том числе и тех, в составе которых используются фа-

зированные антенные решетки получается четырехвектор Е1У (V) - одна из форм представления поляризационного состояния волны [2]. Запись четырехвектора выглядит как:

Е1У =[ Х1 Х2 Х3 Х4 Г , (1)

где х1з х2, хз, х4 - компоненты четырехвектора.

В этом случае представление геометрических параметров эллипса будет выглядеть следующим образом:

1 С2(x2 • x2 + x2 • x2)^

b = 2arctg ^ X23 + X22 X42) , (2)

2,2 2 2

^ x1 + x2 - x3 - x4 J

a= arctg

С (x12 + x22 + x32 + x^)2 - 4(x1 • x4 - x2 • x3)2 ^ 2(Xj2 + x22 + x32 + x42) • (x1 • x4 - x2 • x3)

(3)

о — Х1 + X-, + Х3 + х4. (4)

В ряде задач локального зондирования, таких как выбор места посадки самолета, определение мест долговременной зимовки, оценки возможности проводки судов с помощью ледоколов и других, возникает необходимость составления поляризационного портрета [2] зондируемой поверхности с помощью узконаправленной антенны. Необходимо иметь и жесткую навигационную привязку объекта зондирования к средству дистанционного зондирования. Так, по характеру изменения четвертого параметра Стокса можно судить о наличии напряжений во льду и о разности главных напряжений. Построение ряда сигнатур может не решить поставленных задач. Использование преобразований подобных

УС = 2 ' (х1 ' Х4 - Х2 ' ХзХ (5)

где Ус - четвертый параметр вектора Стокса, совместно с навигационными параметрами позволяет достичь желаемого результата. При этом поляризационный портрет объекта можно привязывать непосредственно к карте местности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вагапов Р. Х., Гаврило В. П. и др. Дистанционные методы исследования морских льдов. / Под ред. А.И. Козлова. С-Пб., Гидрометеоиздат, 1993.

2. Козлов А. И., Логвин А. И., Сарычев В. А. Поляризация радиоволн. М.: Радиотехника, 2005.

POLARIZATION PICTURUS OF SEA ICE

Logvin A. I., Harlamov M. V.

Polarizations signatures and its modifications for sea ice are considered.

Сведения об авторах

Логвин Александр Иванович, 1944 г.р., окончил КГУ (1966), Заслуженный деятель науки, академик Российской академии транспорта, доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой МГТУ ГА, автор более 400 научных работ, область научных интересов - радиолокация, радиофизика, радиополяризация.

Харламов Михаил Владимирович, 1977 г. р., окончил МГТУ ГА (2003), аспирант МГТУ ГА, область научных интересов - радиолокация.