Распространение, дифракция и отражение узких пучков миллиметровых и сантиметровых радиоволн в приземном атмосферном слое и подповерхностном слое грунта

• Автор: Журавлев, Андрей Викторович
• Шифр специальности: 01.04.03
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 71 с. : ил.

1. ДИФРАКЦИЯ УЗКОГО ПУЧКА ВОЛН НА ЗАТЕНЯЮЩЕМ ОБЪЕКТЕ
1.1. Принцип Бабине в формировании дифракционного поля
• 1.2. Комплексная амплитуда узкого пучка волн в малоугловом приближении
1.3. Дифракция пучка на затеняющем силуэте
1.4. Приложение теории дифракции узких пучков в просветной радиолокации
2. ДИФРАКЦИЯ УЗКОГО ПУЧКА ВОЛН НА ХАОТИЧЕСКИ НЕРОВНОЙ ПОЛОГОЙ ПОВЕРХНОСТИ
2.1. Среднее значение комплексной амплитуды поля и эффективный коэффициент отражения
2.2. Сопоставление модели с экспериментом
3. МОДЕЛИРОВАНИЕ ГОЛОГРАММЫ ТОЧЕЧНОГО ИСТОЧНИКА.
• ВОССТАНОВЛЕНИЕ ИЗОБРАЖЕНИЯ
3.1. Комплексная амплитуда поля апертурной антенны, создаваемая в нижнем полупространстве, характеризуемом комплексной диэлектрической проницаемостью г
3.2. Комплексная амплитуда поля точечного излучателя, находящегося в нижнем полупространстве, принимаемая антенной
3.3. Сигнал, отраженный от поверхности и регистрируемый приемником
3.4. Коэффициенты прохождения и отражения Френеля для плоской волны
3.5. Радиоголограмма точечного источника
3.6. Восстановление голограммы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. УГЛОВОЙ СПЕКТР ПЛОСКИХ ВОЛН ИЗЛУЧЕНИЯ АНТЕННОЙ РЕШЕТКИ
Актуальность темы. Классический подход к решению задач дифракции основан на интегральной формуле Кирхгофа, которая представляет собой свертку в координатном представлении распределения комплексной амплитуды по раскрыву излучающей антенны со сферической или параболической функцией Грина. Для апертурных антенн, формирующих узкие пучки волн, предпочтительным методом при решении задачах дифракции оказывается спектральный метод, основанный на представлении произвольного распределения комплексной амплитуды в виде суперпозиции плоских волн и использовании угловой характеристики слоя пространства. Использование спектрального подхода допускает численную реализацию моделей расчета с использованием быстрого алгоритма преобразования Фурье, что является важным в задачах дифракции узких пучков на препятствиях, силуэт которых имеет произвольную форму. В приложениях с использованием апертурных антенн, имеющих размеры много больше длины волны, угловая характеристика слоя пространства допускает упрощение в малоугловом приближении (приближение Френеля), давая дополнительное преимущество.
Развитый в диссертации спектральный подход был реализован для решения задач, возникающих в просветной и подповерхностной радиолокации; при функционировании радиолокаторов вблизи хаотически неровной поверхности.
Интерес к просветной радиолокации обусловлен появлением задач, которые не могут быть решены использованием однопозиционных радиолокаторов. Одной из таких задач является задача обнаружения малоразмерных низколетящих целей [1]. Данная задача может быть решена с использованием просветных радиолокаторов, поскольку двухпозиционная ЭПР целей при значении двухпозиционного угла в окрестности 180° имеет на 20-40 дБ [2] большее значение. Вторым важным преимуществом использования просветных радиолокаторов является независимость двухпозиционной ЭПР от наличия поглощающего покрытия [1,3].
Просветные радиолокаторы применяются не только для обнаружения воздушных целей, но и для обнаружения целей, движущихся по земной поверхности [4,5]. Просветный радиолокатор стал неизбежным элементом охранных систем объектов, где требуется обеспечить высокую безопасность. Среди преимуществ использования наземных просветных радиолокаторов для обеспечения безопасности охраняемой территории является всепогодность, простота эксплуатации, невысокая стоимость и способность охватывать большую территорию. Основным недостатком этих радиолокационных систем является плохая способность режекции ложных целей, приводящая к высокому уровню ложных тревог. Ложными целями в типичной обстановке размещения просветного радиолокатора могут быть, например, животные или птицы. Для решения этой проблемы система контроля дополняется другими приборами: видеокамерами, сейсмическими, акустическими, емкостными и другими сенсорами [6], что значительно увеличивает стоимость системы. Для просветных радиолокаторов наземных целей крайне желательно рассмотреть возможность увеличения количества используемых признаков, для чего требуется разработка адекватной модели формирования информационных сигналов в просветном радиолокаторе.
Условия эксплуатации наземных просветных радиолокаторов отличаются от условий работы радиолокаторов для слежения за воздушными целями. Одним из таких отличий является различная протяженность линии, соединяющей передающую и принимающую антенну (линия базы), в просветных радиолокаторах, предназначенных для обнаружения наземных целей, и просветных радиолокаторов воздушных целей. У радиолокаторов для обнаружения воздушных целей длина базовой линии может составлять от 30 и более километров, в то время как длина базовой линии просветных радиолокаторов для обнаружения наземных целей составляет от единиц до нескольких сотен метров. Второй отличительной особенностью просветных радиолокаторов наземных целей является меньшая длина волны, которая, сочетаясь с использованием апертурных антенн размерами много больше

Распространяясь до плоскости г--0, спектр трансформируется согласно
Ег(щ,и2;-0) = Ёг (м,,и2;г,)ехр[-/(>/*2 “и ~и2,)]• (ЗЛ1)
После прохождения границы раздела, каждая плоская волна должна быть умножена на коэффициент прохождения Френеля при распространении снизу вверх, таким образом, что спектр плоских волн в плоскости 2 = +0 принимает вид
= (3.12)
где g^f{u1,u2) - коэффициент прохождения Френеля для плоской волны, характеризуемой парой (и,,и2).
Распределение комплексной амплитуды поля в плоскости г = +0 будет находиться как обратное преобразование Фурье от спектра, задаваемого выражением (3.12)
^ со со
М*.УЛ0) = - (и,,и2;+0)ехр[/(и1х + г<2іу)]й?г/1<іи2. (3.13)
) —ОО—ОО
Принимаемый апертурой антенны, центр которой имеет координаты (хс,ус), сигнал записывается как
оо оо
= І Ег(х,у,+<д)и(х-хе,у-ус)с1хсіу. (3.14)
-оо
Подстановка (3.13) в (3.14) приводит к такому выражению для комплексного выхода с антенны
1 00
Рб{Хс-ХгУс-У,’2,)=ТГ~а I СХиl’г{2)gЛUl’U2)X
(2 я)
г, Дехр[/(м, (хс - х,) + и2 (уе - у,))]сІихсіи2,
(3.15)
хехр в котором

Ог{их,и:2)= | |с/(^,7)ехр[/(и,^ + к2»7)]^7 (3.16)