Радиолокационное зондирование слоистой структуры с неровными границами Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 621.385

А.А. Гарнакерьян, В.Т. Лобач, В.А. Дмитриев РАДИОЛОКАЦИОННОЕ ЗОНДИРОВАНИЕ СЛОИСТОЙ СТРУКТУРЫ С

НЕРОВНЫМИ ГРАНИЦАМИ

Задача радиолокационного определения уровня грунтовых вод, толщины льда и снега является актуальной и для ее решения требуется знание статических характеристик отраженных сигналов. Важной характеристикой радиосигнала, отраженного от статистически неровной поверхности является когерентная составляющая.

Рассматривается отражение радиоволн от двухслойной среды ("воздух-земля-вода"). Толщина слоя АИ(х,у) является случайной функцией со средним значением АЬ0. Верхняя и нижняя границы слоя представляют собой поверхности, описываемые стационарными случайными функциями И1(х,у) и И2(х,у).

Поверхность облучается при углах визирования близких к вертикальным. На основе решения задачи рассеяния в рамках метода Кирхгоффа [1,2], получено выражение для мощности когерентной составляющей сигнала, отраженного от слоя с неровными границами

Ркс = РоЫ2!! + А2 + 2АС08[2КЛ/^ (К^а А tg5 - АЬо)]}ехр(-2К а ы)2 , (1)

где Р0-мощность сигнала, отраженного от идеально гладкой поверхности;

Ё12 - коэффициент зеркального отражения от верхней границы (воздух-земля); Ё 23 - коэффициент зеркального отражения от нижней границы (земля-вода);

2п

К =------волновое число;

^2

X 2 - длина электромагнитной волны в воздухе;

в 2 - относительная диэлектрическая проницаемость слоя; а А - дисперсия неровностей слоя;

- тангенс угла потерь в слое;

АЬ0 - среднее значение толщины слоя;

а Ь1 - среднеквадратическое отклонение неровностей верхней границы слоя. Анализ выражения (1) показывает, что величина Ркс совершает периодические

колебания при изменении аргумента . Изменяя частоту излучения (длину

радиоволны) можно по изменению величины Ркс определить толщину слоя. Если изменять одновременно частоту передатчика и частоту настройки приемника, то на выходе последнего можно будет наблюдать следующие друг за другом максимум и минимум амплитуды отраженного сигнала. Зафиксировав длины волн и (частоты излучения), на которых получены смежные максимум и минимум, можно определить толщину слоя по формуле

АЬ„ = Х'Х------ . (2)

4,/ВГ(X, -Xг)

Из (1) также следует, что неровности верней границы и слоя существенно

влияют на возможность измерения толщины слоя данным методом. При — > 02

X

периодические изменения величины Ркс практически исчезают, что приводит к невозможности определения толщины слоя АЬ0 данным методом.

Для того, чтобы влияние неровностей было незначительным, длину радиоволны нужно выбирать из неравенства X > 5аА.

Выбор частот излучения и их диапазон перестройки зависит от толщины и типа реальных слоистых сред (грунтовые воды, лед, снег и др.).

Для реальной толщины и типов слоистых сред требуемый диапазон частот составляет £=20-150 МГц.

1. Зубкович С.Г. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности. - М.:Сов. радио, 1968. 223с.

2. Гарнакерьян А.А., Сосунов А.С. Обратное рассеяние радиоволн коротковолнового диапазона от морской поверхности. - М.:Радиотехника и электроника, 1976,т.21,Ш1. с.2300-2308.