Радиофизические методы и средства для исследований окружающей среды в миллиметровом диапазоне

1988

О ВЛИЯНИИ СНЕЖНОГО ПОКРОВА НА РАДИОТЕПЛОВОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ МНОГОЛЕТНЕГО МОРСКОГО ЛЬДА НА ВОЛНЕ 8 ММ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ НАЛЕДНЫХ ИЗМЕРЕНИЙ В ВОСТОЧНОЙ ЧАСТИ АРКТИЧЕСКОГО БАССЕЙНА

Малышенко Ю. И., Беспечный С. Р.

3-8

Приведены результаты измерений угловых и поляризационных зависимостей яркостной температуры типичных участков многолетнего морского льда, выполненных на волне 8 мм на поверхности многолетнего припая у о. Жохова в апреле 1986 г.

Показано, что при наличии снежного покрова при отрицательных температурах и толщине слоя более 30-40 см вследствие заметного поглощения и рассеяния радиоволн миллиметрового диапазона в значительной мере сглаживаются различия между излучательными характеристиками, встречающихся разновидностей толстого морского льда, степенью поляризации излучения и зависимостью от угла падения.

Определен коэффициент ослабления в снеге и оценена дисперсия его показателя преломления, используемая для моделирования излучательных характеристик снега как рассеивающей среды.

АППАРАТУРА И НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ДИСТАНЦИОННОГО ЗОНДИРОВАНИЯ ОЗОНОСФЕРЫ НА МИЛЛИМЕТРОВЫХ ВОЛНАХ

Демкин В. М., Куликов Ю. Ю., Рыскин В. Г., Юрков В. М.

8-14

Описан автоматизированный комплекс для наблюдения вращательных линий примесных газов средней атмосферы Земли. Двадцатиканальный анализатор спектра диапазона частот 80-110 ГГц с шумовой температурой по входу 3000 К имеет полосу анализа около 1000 МГц и частотное разрешение 3 МГц. Система автоматизации, служащая для сбора и обработки данных, а также управления процессом измерения, включает микро ЭВМ «Электроника-60» и модули стандарта КАМАК.

Рассмотрена методика измерения оптической толщины атмосферы в линии озона по тепловому радиоизлучению. Экспериментально показано, что для уверенной регистрации линии озона на частоте резонанса 101 736, 76 МГц время накопления составляет около 30 мин.

За время измерений в феврале - апреле 1986 г. в Горьком зарегистрированы временные вариации интенсивности и ширины линии излучения озона, возрастающие 1,5-2 раз, а также обнаружен суточный ход излучения стратосферного озона. Минимальное значение интенсивности линии приходилось на период от 12 до 16 ч. Каждых суток.

НАБЛЮДЕНИЯ КРУПНОМАСШТАБНЫХ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ ИЗЛУЧЕНИЯ ЯСНОЙ АТМОСФЕРЫ НА ВОЛНЕ 3 ММ

Кузнецов И. В., Куликов Ю. Ю., Мальцев B. A., Штанюк А. М.

14-21

В районе горы Душак-Эрекдаг ТССР обнаружены крупномасштабные неоднородности излучения ясной атмосферы на волне 3 мм. Возникающие ежедневно через 2-3 ч. После восхода Солнца при углах места меньше 20° в пределах угловых размеров по азимуту менее 20-25° они существуют около полутора часов. Максимальное приращение температуры антенны при появлении неоднородности составляет 90 К. Это явление объясняется движением водяного пара из нижних слоев атмосферы в верхние и обратно либо из-за местных ветров, либо из-за нарушения устойчивости характерной для атмосферы в ночное время. Оценены изменения общего содержания водяного пара в неоднородности , его временные вариации, а также минимальные линейные размеры неоднородностей вдоль луча зрения , При максимальном значении 8,9 см на угле места =10,5 км.

ОПТИМИЗАЦИЯ КОМПЕНСАЦИОННОГО РАДИОМЕТРА МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА С ПЕРИОДИЧЕСКОЙ АБСОЛЮТНОЙ КАЛИБРОВКОЙ

Антюфеев В. И., Кулаков В. А., Макаренко Б. И., Султанов А. С.

21-27

Синтезирован цифровой фильтр, осуществляющий оптимальную по критерию минимума дисперсии оценки антенной температуры фильтрацию калибровочных отсчетов выходного напряжения компенсационного радиометра с периодической абсолютной калибровкой. Получены расчетные соотношения для оценки чувствительности радиометра в зависимости от характеристик флуктуаций коэффициента усиления радиометра и параметров фильтра. Дана сравнительная оценка эффективности применения различных типов оптимальных и субоптимальных цифровых фильтров.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПРОСТРАНСТВЕННО-ВРЕМЕННЫХ СИСТЕМ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА РАДИОВОЛН ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИРОДНЫХ РЕСУРСОВ ЗЕМЛИ

Погорелов А. И., Даржания А. Ю.

27-31

Рассмотрены возможности использования сложных диаграмм направленности в РЛС обзора поверхности Земли с пространственно-временной обработкой сигнала. Показано, что они позволяют сформировать и воспроизвести радиолокационные изображения участка местности с требуемой разрешающей способностью при сравнительно простой технической реализации.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ РАДИОИЗЛУЧАТЕЛЬНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК РАСТИТЕЛЬНОГО ПОКРОВА В ВОСЬМИМИЛЛИТЕРОВОМ ДИАПАЗОНЕ ВОЛН

Шило С. А., Яцевич С. Е.

31-38

Приведены данные экспериментальных исследований радиоизлучательных характеристик растительных покровов в восьмимиллитеровом диапазоне волн, полученные с борта самолета с помощью сканирующей радиометрической системы. На их основании отмечена чувствительность радиометрического датчика к различным типам сельскохозяйственных культур.

Приведенные радиотепловые изображения и количественные оценки радиояркости хорошо согласуются с данными наземных измерений. Отмечена перспективность дальнейших исследований растительных покровов в миллиметровом диапазоне волн.

МЕТОДИЧЕСКИЕ ОСОБЕННОСТИ ИССЛЕДОВАНИЯ ПРИВОДНОГО ВЕТРА ПО КОСМИЧЕСКИМ РАДИОЛОКАЦИОННЫМ ИЗОБРАЖЕНИЯМ ПОВЕРХНОСТИ ОКЕАНА

Калмыков А. И., Цымбал В. Н.

38-47

Описаны методики и алгоритмы определения параметров двумерного поля приводного ветра по космическим радиолокационным изображениям поверхности океана, получаемым с борта ИС3 типа "Космос-1500". Приведены алгоритмы оперативной обработки космических радиолокационных изображений и обработки с использованием ЭВМ в интерактивном режиме, позволяющем детально исследовать структуру поля приводного ветра.

Сравнение данных дистанционного зондирования с результатами непосредственного измерения параметров ветровых полей подтверждает высокие информационные возможности разработанных методов.

НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА ИЗОБРАЖЕНИЙ НЕОДНОРОДНОСТИ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ РАДИОЛОКАТОРА С СИНТЕЗИРОВАНИЕМ АПЕРТУРЫ

Щербинин И. В.

47-50

Рассмотрено влияние движения неоднородной морской поверхности на ее изображение при синтезировании апертуры. Показано, что в результате орбитального движения отражателей наблюдается смещение изображений границ неоднородностей. Изображения границ неоднородностей размываются также при когерентном суммировании отраженных поверхностью сигналов. При этом уменьшается контраст изображения.

СИСТЕМА ЦИФРОВОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ С АЭРОКОСМИЧЕСКИХ НОСИТЕЛЕЙ

Еленский Л. В.

50-60

Описан специализированный комплекс цифровой обработки радиофизической информации, получаемой в виде радиоизображений поверхности Земли с аэрокосмических носителей. Комплекс создан на базе серийной мини ЭВМ "Эталон-I", обработка изображений на которой стала возможной благодаря расширению номенклатуры внешних устройств.

Рассмотрены некоторые программы, обеспечивающие решение задач, обусловленных спецификой информации, способом ее представления и хранения. Весь набор программ, работающих в интерактивном режиме, позволяет получать количественные и статистические характеристики радиосигналов из радиолокационных и радиометрических изображений, улучшать качество последних в целях их интерпретации и дешифрирования.

ОСОБЕННОСТИ БОРТОВОЙ ОБРАБОТКИ РАДИОФИЗИЧЕСКОЙ ИНФОРМАЦИИ ПРИ ДИСТАНЦИОННОМ ЗОНДИРОВАНИИ ПРИРОДНОЙ СРЕДЫ

Фетисов А. Б.

60-64

Рассмотрены особенности построения систем бортовой обработки радиофизической информации. При обработке формируется строчнокадровая структура, осуществляется геометрическая коррекция, повышается качество изображения. Оценена необходимая точность знания высоты полета при обработке информации высокого разрешения. Рассмотрены вопросы реализации временной автоматической регулировки усиления для обеспечения независимости тона изображения в полосе обзора.

ИЗМЕРЕНИЕ УГЛОВЫХ ЗАВИСИМОСТЕЙ РЕЗОНАНСНЫХ ОТРАЖЕНИЙ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Мельяновский П. А., Зайцев Г. Д.

64-69

Рассмотрено измерение угловых зависимостей отражений декаметровых радиоволн от взволнованной морской поверхности, обусловленных резонансным брэгговским рассеянием. Показано, что измерение с помощью РЛС со сканирующей ФАР не обеспечивает необходимого усреднения принимаемых сигналов. Приведена более совершенная методика измерений радиоокеанографической РЛС с многолучевой ФАР.

Даны результаты измерений угловых зависимостей отражений на трех радиочастотах декаметрового диапазона, которые обнаруживают связь с угловыми и спектральными характеристиками морского волнения.

ЧИСЛЕННЫЙ АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК РУПОРНЫХ АНТЕНН

Марцафей В. В., Цалимов Г. Ф.

69-73

Проанализирована двумерная рупорная антенна (РА) небольших электрических размеров. Показано, что для таких РА применение традиционного метода расчета, опирающегося на приближение Гюйгенса-Кирхгофа, не дает удовлетворительной точности результатов. В то же время численные методы в этих случаях позволяют с высокой точностью рассчитывать характеристики РА во всем секторе углов.

Для РА с длиной рупора 1,4 и углом раскрыва в пределах 60-140° получены распределения полей в апертуре, КНД, а также диаграммы рассеяния. Определены размеры оптимального (с точки зрения максимума КНД) рупора. При расчете диаграмм рассеяния корректным образом была учтена нагрузка.

ИЗМЕРЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ АТМОСФЕРЫ МЕТОДОМ АКТИВНОГО ДИСТАНЦИОННОГО МНОГОЧАСТОТНОГО ЗОНДИРОВАНИЯ

Нагорневич Г. М., Саркисянц В. А.

73-81

Рассмотрены вопросы современного измерения среднеинтегральных (по расстоянию) значений температуры, давления и влажности атмосферы по измеренным значениям относительных фазовых набегов на двух оптических и одной СВЧ волнах. Проанализированы некоторые вопросы решения обратных задач применительно к конкретной фазометрической схеме, а также построения зондирующего дистанционного оптико-микроволнового рефрактометра.

АНТЕННА КОСМИЧЕСКИХ РАДИОЛОКАТОРОВ БОКОВОГО ОБЗОРА

Иголкин В. В., Степина О. А.

81-87

Рассмотрена методика расчета больших линейных волноводно-щелевых антенн с рупорным излучателем, вопросы влияния рупора на параметры антенн и отдельной излучающей щели. Предложен метод учета этого влияния при расчете антенн. Показана возможность использования и расчета слабосвязанных продольных щелей. Приведено сравнение результатов расчета и эксперимента.

СТРУКТУРА ПОЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ В ИНВЕРСИОННЫХ СЛОЯХ ВБЛИЗИ ГРАНИЦЫ СУША – МОРЕ

Лужбин А. М., Саркисянц В. А.

87-91

Исследована структура поля индекса преломления в слоях температурных инверсий пограничного слоя атмосферы по данным радиозондирования, полученным вблизи границы раздела суша - море. Проанализированы характеристики инверсий и их связь со значениями градиента индекса преломления.

ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ И ДИСПЕРСИОННЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ТРОПОСФЕРНОГО КАНАЛА СВЯЗИ НАД МОРЕМ

Кивва Ф. В., Кортунов В. А.

91-101

Теоретически и экспериментально исследованы уровни сигналов в диапазонах 1, 10, 37 ГГц, распространяющихся в пограничном слое над морем на трассах различной протяженности, включая области видимости, дифракции и дальнего тропосферного распространения (ДТР).

Показано, что в преобладающем числе случаев над морем имеет место распространение СВЧ сигналов в низком поверхностном волноводе с потерями и отражение от приподнятых инверсионных слоев показателя преломления.

ДИАГНОСТИКА РЕФРАКЦИОННЫХ СВОЙСТВ ПРИВОДНОГО СЛОЯ АТМОСФЕРЫ КОНТАКТНЫМ И НЕКОНТАКТНЫМ МЕТОДАМИ

Кабанов В. А., Майков Г. Г., Синицкий В. Б., Хоменко С. И.

101-108

Описаны результаты сопоставления градиентных измерений в нижнем приводном слое атмосферы, полученные по данным локального (с помощью рефрактометра СВЧ) и дистанционного (по высотной структуре поля СВЧ-сигналов) методов. По результатам радиоизмерений в диапазонах 0,8, 4 и 35 см рассмотрены возможные вариации высотных зависимостей поля и соответствующие им механизмы распространения и определена статистика эффективного градиента за период измерений. Исследована зависимость коэффициента корреляции между результатами радио- и метеоизмерений от толщины слоя, в котором проводятся локальные измерения коэффициента преломления и уточнены методические требования, необходимые для получения высокой корреляции.

РАЗВИТИЕ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ МЕТОДОВ И СРЕДСТВ ДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ

Спасов А. Я.

109-114

Дан обзор состояния работ, проводимых в Институте электроники БАН по дистанционному зондированию окружающей среды. Описана автоматизированная система сбора и обработки радиолокационной информации. Дано описание исследований по лазерному излучению атмосферы, а также состояние теоретических работ по рассеянию радиоволн шероховатой поверхностью. Приведена обширная библиография работ ученых этого института.

НЕКОТОРЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ ИССЛЕДОВАНИЙ ДОПЛЕРОВСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗЕМНОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Савченко А. К.

114-118

Представлена техника экспериментов, сбора и обработки данных исследований доплеровского смещения частоты на отражателях, находящихся на земной и морской поверхностях. Приведена часть результатов, полученных в течение года с помощью описанной техники. Упомянуты будущие направления работ по исследованию доплеровских характеристик этих объектов.

О ВЛИЯНИИ МОДЕЛИ ВЫСОТНОГО ПРОФИЛЯ КОЭФФИЦИЕНТА ПРЕЛОМЛЕНИЯ ПРИ ОЦЕНКАХ УСЛОВИЙ РАСПРОСТРАНЕНИЯ В ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ВОЛНОВОДАХ

Сиркова И., Попов А., Михалев М.

118-125

Предложен алгоритм для вычисления характеристик сильно захваченных мод в приповерхностных волноводах для произвольного профиля коэффициента преломления с двумя точками поворота в приповерхностном слое атмосферы. Проведен сравнительных анализ условий распространения электромагнитных волн в приповерхностных волноводах для шести моделей высотного профиля коэффициента преломления в приповерхностном слое атмосферы.

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК БЫСТРЫХ ФЛУКТУАЦИЙ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ОТРАЖЕНИЙ ОТ МОРСКОЙ ПОВЕРХНОСТИ

Хаимов С. Ж., Младенов Л. Х., Михалев М. А.

125-129

Рассмотрены результаты спектрального анализа быстрых флуктуаций некогерентного сигнала, отраженного от морской поверхности при углах скольжения около 1°. Даны рекомендации по выбору оптимальных условий измерения и обработки и о возможностях применения результатов дистанционного зондирования морского волнения некогерентной РЛС.

НЕКОТОРЫЕ ВОЗМОЖНОСТИ ДВУХВОЛНОВОГО ДИФФЕРЕНЦИАЛЬНОГО МЕТОДА ИССЛЕДОВАНИЯ ДИНАМИКИ ВЛАГОСОДЕРЖАНИЯ ПОГРАНИЧНОЙ АТМОСФЕРЫ

Гусак П. М., Михайловский С. С., Ненов Л. С.

129-134

Описан измеритель влагосодержания атмосферы с использованием двух длин волн с =1,084 мкм и =1,152 мкм и дифференциального метода зондирования. Благодаря применению лазеров упрощена конструкция устройства по сравнению с известными. Экспериментально показана возможность характеристик влагосодержания в турбулентной атмосфере.

РАССЕЯНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН НА СЛУЧАЙНЫХ ШЕРОХОВАТОСТЯХ ВНУТРЕННЕЙ ПОВЕРХНОСТИ РАЗДЕЛА СЛОИСТОГО ОДНООСНОГО ПОЛУПРОСТРАНСТВА

Жук Н. П.

134-143

Рассмотрено одноосное плоскослоистое полупространство с шероховатой границей, расположенной на произвольной глубине, которое прилегает к однородному изотропному полупространству без потерь. Материальные параметры слоистой среды считаются произвольными кусочно-гладкими и в общем случае комплекснозначными функциями вертикальной координаты. Методом малых возмущений в борновском приближении получены аналитические выражения для вторых статистических моментов флуктуационного поля в однородном полупространстве, возникающего вследствие рассеяния первичного электромагнитного поля на шероховатостях.

АНАЛИТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ НЕЛИНЕЙНОГО ЭНЕРГООБМЕНА ЭЛЕКТРОННОГО ПОТОКА С ВОЛНОЙ ЗАДАННОГО ПРОФИЛЯ

Лукин К. А.

144-150

Описаны аналитические и численно-аналитические способы расчета комплексной мощности взаимодействия, основанные на использовании точного аналитического решения (выраженного в эллиптических функциях Якоби) уравнения движения электрона в поле бегущей волны постоянной амплитуды. Основным преимуществом предложенных способов является отсутствие процедуры численного интегрирования уравнений движения. Другое преимущество заключается в том, что количество разбиений длины взаимодействия (шаг интегрирования) не зависит от амплитуды волны, а определяется только ее профилем. Предложено уточнение одночастичной модели энергообмена, позволяющее рассчитывать нелинейную поправку к частоте волны, а также двухчастичная модель энергообмена. Приведены результаты расчета автоколебательных режимов по двухчастичной модели.

К ВОПРОСУ ОБ ИССЛЕДОВАНИИ ПОВЕРХНОСТИ ЗЕМЛИ С ПОМОЩЬЮ СОВМЕЩЕННЫХ РАДИОТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ КВЧ ДИАПАЗОНА РАДИОВОЛН

Георгиевский В. И., Макаренко Б. И., Султанов А. С., Сотников А. М.

150-152

Рассмотрена схема совмещенной радиотепловой системы, работающей как в пассивном, так и в активно-пассивном режиме, в которой взаимное влияние между каналами устраняется за счет применения метода уплотнения и разделения по форме принимаемых сигналов. Представлены результаты теоретических расчетов и согласующихся с ними экспериментальных исследований, в которых определены значения коэффициентов взаимного влияния для "активного" и "пассивного" каналов системы при различных параметрах, схемах и используемых сигналах.

СКАНИРУЮЩАЯ АНТЕННА САМОЛЕТНОГО РАДИОМЕТРИЧЕСКОГО КОМПЛЕКСА

Андренко С. Д., Евдокимов А. П., Крыжановский В. В., Провалов С. А., Сидоренко Ю. Б.

154-160

Проведены основные характеристики сканирующей антенны миллиметрового диапазона в планарном исполнении. В основу электродинамической схемы антенны положено рассеяние неоднородной поверхностной волны планарного диэлектрического волновода на периодическом рассеивателе в виде отражательной дифракционной решетки. Приведены результаты экспериментальных исследований пространственных, поляризационных и энергетических характеристик антенны. Многолетняя эксплуатация в составе самолетного радиометрического комплекса показала прогрессивность выбранной электродинамической системы.

СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ СКАНИРОВАНИЯ ЛУЧОМ ДН В АНТЕННАХ РАДИОМЕТРИЧЕСКИХ КОМПЛЕКСОВ МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА

Евдокимов А. П., Крыжановский В. В., Провалов С. А.

160-166

Проанализировано современное состояние вопроса о сканировании в антеннах миллиметрового диапазона. Показана перспективность механических способов сканирования, в том число в системах с преобразованием поверхностных волн в объемные. Полученные экспериментальные результаты дают основание утверждать, что в структурах, включающих диэлектрический волновод – решетку, ближнее поле на излучающем раскрыве удовлетворяет требованиям, необходимым для достижения высокой направленности.

ПЕРСПЕКТИВЫ ПРИМЕНЕНИЯ РЛС МИЛЛИМЕТРОВОГО ДИАПАЗОНА ДЛЯ УЛУЧШЕНИЯ ТАКТИКИ ЛЕДОВОЙ ПРОВОДКИ СУДОВ НА РАССТОЯНИИ ДО 5-8 МИЛЬ

Ничипоренко Н. Т., Сиваченко Б. Н.

167-172

Рассмотрена задача повышения эффективности ледовой проводки судов по Северному морскому пути. Показано, что в ближней зоне на расстоянии 5-8 миль необходимо иметь постоянную информацию о ледовой обстановке.

На основании анализа реальной загрузки судовой РЛС в процессе проводки в зависимости от состояния льда, а также метеообстановки в указанном районе показано, что можно применять РЛС миллиметрового диапазона. При этом максимально используются все преимущества этого диапазона и минимально скажутся недостатки, особенно затухание электромагнитной энергии в атмосфере.