CC BY
232
Щербаков П.П.
РАСПРОСТРАНЕНИЕ РАДИО ВОЛН В ПОДЗЕМНОЙ И ПОДВОДНОЙ СРЕДАХ
Подземная и подводная радиосвязь. Земная кора, а также воды морей и океанов обладают проводимостью и сильно поглощают радиоволны. Для осадочных пород в поверхностном слое
земной коры проводимость 5 >>10~3 —10" Ом~1м~{. В этих средах волна практически затухает на расстоянии 5 , толщины скин-слоя. Кроме того, для сред с большой 8 коэффициент поглощения увеличивается с ростом частоты. Поэтому для подземной радиосвязи используются в основном длинные и сверхдлинные волны. В подводной связи наряду со сверхдлинными волнами используют волны оптического диапазона.
В системах связи между подземными или подводными пунктами может быть использовано частичное распространение вдоль поверхности Земли или моря. Вертикально поляризованная волна, возбуждаемая подземной передающей антенной, распространяется до поверхности Земли, преломляется на границе раздела между Землёй и атмосферой, распространяется вдоль земной поверхности и затем принимается подземной приёмной антенной (рис. 1). Глубина погружения антенн достигает десятков метров. Системы этого типа обеспечивают дальность до нескольких сотен километров и применяются, например, для связи между подземными пунктами управления при запуске ракет.
Вторичные волны
7 \ \
Антенна Прямая
Антеииз
передатчика волна приемника
Рис. 1 - Система подземной связи с частичным распространением радиоволн вдоль земной поверхности
Системы другого типа используют подземные волноводы — слои земной коры, обладающие малой проводимостью и. следовательно, малыми потерями. К таким породам относятся каменная соль, поташ и др. Эти породы залегают на глубинах до сотен метров и обеспечивают дальность распространения радио волн до нескольких десятков километров. Дальнейшим развитием этого направления является использование твёрдых горных пород (гранитов, гнейсов, базальтов и др.), расположенных на больших глубинах и имеющих малую проводимость (рис. 2).
1^0 (ф, ОМ***)
Рис. 2 - Изменение проводимости Земли с глубиной
lía глубине 3 — 7 км проводимость s может уменьшиться до 10"Ом~1 м~[ . При дальнейшем \ величении глубины благодаря возрастанию температуры создаётся ионизация (обращенная ионосфера) и проводимость увеличивается. Образуется подземный волновод толщиной в несколько километров, в котором возможно распространения радио волн на расстоянии до нескольких тысяч километров. Одна из основных проблем подземной и подводной связи — расчёт излучения и передачи энергии от антенн, расположенных в проводящей среде.
Некоторые существенные отличия проводящих и диэлектрических сред в случае дипольных источников указаны в таблице 1.
Таблица 1
Специфические особенности проводящих сред
Диэлектрическая среда Проводящая среда
Статика dQ/dt = j jdS oEdS =$(а/ s)DdS ={a ! e)Q
Время релаксации (г — е / <т) —> оо (мгновенная картина поля) Допустимо рассмотрение изолированного электрода с ненулевым зарядом С> (монополя) Поле поддерживается без затрат энергии Электрические источники не создают магнитных полей Проводники (вода, металл) неразличимы, диэлектрики (воздух, стекло) различимы Время релаксации (г = е / сг) —0 (стационарный процесс) Ненулевой заряд (2 должен поддерживаться током I = (а/ 8 )С>. Любой электрод связан проводом с областью разделения зарядов Поддержание поля требует постоянных затрат энергии Всегда есть магнитные поля, создаваемые токами в проводах Проводники (вода, металл) различимы, диэлектрики неразличимы
Динамика
Поле короткого диполя
Ег = [Л / 2л{(7 + кое)](1 / г3) cos <9(1 + r)e~pj
Ев = [///4тг(ст + tar)](l /г3)sтв(\ + г + О**)2 К*
Н^ = [11 / 4тг](\/r2)sme(l±
Константа распространения у щхсо2 + \аща
Токи проводимости (]пр ~ Ест ) пренебрежимо малы по сравнению с токами смещения, то есть, О) «1 / г или О) «1 / г
у да¿(Оу/^йё « (10?)/ V «/(2я7 Я)
Характерный масштаб - длина волны (Я ). На расстоянии Я емкостные и индуктивные свойства среды проявляются в равной мере. Резистивные свойства среды на расстоянии одной длины волны не сказываются.
Существует волновая зона, в которой перенос энергии определяется потоком вектора Пойнтинга.
Рост частоты может существенно улучшать условия распространения сигнала. Возможно формирование узких диаграмм
направленности и очень высоких частот. Целесообразно применение несущей частоты и квазигармонических сигналов.
Токи смещения (]см = (Ю/ск= 1соеЕ ) пренебрежимо малы по сравнению с токами проводимости, то есть со «1 / г
у « л[1ш/йа = (1 + /)д/о?/лет — (1 +1)3
Характерный масштаб - толщина скин-слоя ( 3 ). На расстоянии 3 резистивные и индуктивные свойства среды проявляются соизмеримым образом, а емкостные - не сказываются.
Не существует волновой зоны. На любых расстояниях от источника поток вектора Пойнтинга много меньше Джоулевых потерь.
Рост частоты существенно ухудшает условия распространения. Невозможно формирование узких диаграмм
направленности и использование очень высоких частот. Нецелесообразно применение несущей частоты и квазигармонических сигналов.
Преимущество систем подземной связи состоит в их независимости от бурь, ураганов и искусственных разрушений на поверхности Земли Кроме того, благодаря экранирующему действию верхних проводящих осадочных пород системы подземной связи обладают высокой помехозащищенностью от промышленных и атмосферных шумов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Короченцев В.И., Рублев В.П., Чайко A.B. Экспериментальные исследования подземной радиосвязи // Труды ДВГТУ, Владивосток. 2003. Вып.133.с.5-8.
2. Ольшанский В.М. Биологическое моделирование электросистем слабоэлектрических рыб, М., Наука, 1990.122 с.
Силантьев Р.В.
АЛГОРИТМ СШИВКИ ЦИФРОВЫХ ИЗОБРАЖЕНИЙ В ЗАДАЧАХ МОНИТОРИНГА НА ОСНОВЕ ЦЕЛОЧИСЛЕННОЙ АРИФМЕТИКИ
Введение
Задача сшивки цифровых изображений, полученных с помощью видео- или фотокамеры робототехнической установки или подводного аппарата, является специфичной в виду того, что последовательные изображения на снимках могут быть не только смещены друг относительно друга, но и повёрнуты на неизвестные углы (рис. 1), а также иметь различный масштаб.
Таким образом, задачей сшивки является определение взаимного расположения изображений без использования навигационной информации с использованием только самих изображений [1].
