Многослойная периодически возмущённая земная поверхность как объект радиолокационного зондирования

• Автор: Бояркин, Сергей Валерьевич
• Шифр специальности: 05.12.14, 05.12.07
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 159 с. : ил.

Содержание
Введение
1 Комплексная модель процесса дистанционного зондирования и ее
декомпозиция
1.1 Декомпозиция задачи дистанционного зондирования
1.2 Электромагнитное поле как носитель информации
1.3 Взаимодействие векторного электромагнитного поля с земной поверхностью. Различные подходы к моделированию
1.4 Роль приемо-передающей антенны РЛС в задаче радиолокационного зондирования: теоретические подходы
2 Разработка модели взаимодействия электромагнитного поля с многослойной периодически возмущенной земной поверхностью
2.1 Физическая модель исследуемой поверхности: геометрические и
электродинамические параметры
2.2 Метод расчёта коэффициента отражения зондируемой поверхности
2.3 Отражательные характеристики поверхности при поляризационном сканировании зондирующего поля
3 Моделирование трансформации поля отраженного сигнала в антенне приемного устройства регистрирующей системы
3.1 Подходы к моделированию поля в излучающей апертуре антенны

3.2 Вычисление отражательных характеристик рефлектора антенны
РЛС методом инвариантного погружения
3.3 Векторная диаграмма направленности антенны РЛС

Заключение

Список рисунков
Литература
Приложения
Приложение А Представление функции Грина в базис линейно поляризованных волн
Приложение В К выводу выражений для коэффициентов элементарного слоя для случая Е - волн
Приложение С Листинги программ для расчёта многослойной периодически возмущеной земной поверхности
Приложение Б Листинги программ для расчёта распределения поля
в раскрыве антенны
Введение
Исследования геофизических объектов радиолокационными методами имеют уже полувековую историю, и интерес к этому научному направлению только возрастает. Это связано как с широкой областью применения результатов дистанционного зондирования в целях гражданского и военного назначения, так и сложностью задач интерпретации результатов радиолокационных исследований геофизических объектов. Последнее, по существу, определяется сложностью решения обратной задачи, то есть сложностью восстановления значений одного или нескольких параметров зондируемого объекта, представляющих интерес для исследований.
Сложность геофизических объектов как радиолокационных целей потребовала компромисса - перехода от решения обратной задачи дистанционного зондирования в классической форме к задаче распознавания образов, предполагающей разбиение всех геофизических объектов на достаточно большие кластеры с последующим определением принадлежности лоцируемого объекта тому или иному кластеру.
Такой подход, однако, предполагает создание достаточно большой и дорогостоящей базы данных - результатов экспериментальных наблюдений, предполагающих не только радиолокационное зондирование, но и соответствующие наземные наблюдения, измерения, описания лоцируемых объектов.
Повысить эффективность описываемого подхода можно, используя методы математического моделирования. Последнее предполагает разработку физических моделей геофизического объекта, решение задачи (как правило, численное) о взаимодействии зондирующего поля с выбранным объектом и вычисление отражённого сигнала, регистрируемого радиолокационной станцией (РЛС).

Метод инвариантного погружения позволяет перейти от краевой задачи для поля (уравнение Гельмгольца [48,49]) к начальной задаче Коши. Поэтому этот метод иногда рассматривают как разновидность методов прогонки.
Для того, чтобы задача была сформулирована как начальная, необходимо, чтобы неизвестная функция удовлетворяла принципу динамической причинности по параметру погружения. Можно показать, что такому условию удовлетворяют коэффициенты отражения и прохождения слоя как функции его толщины.
В применении к рассматриваемой в работе задаче метод погружения выглядит следующим образом. Выделяется плоский слой, включающий в себя как границу между воздушной средой и почвой, так и участки почвы с меняющейся диэлектрической проницаемостью. Этот слой - своеобразный интерфес между полупространствами, заполненными однородной средой: под его нижней границей - однородная почва, а над его верхней границей - однородная воздушная среда с е = 1.
Далее исследуется зависимость коэффициента отражения R{z) как функция расстояния от нижней кромки слоя (z = 0) до сечения на уровне г.
При z — 0 коэффициент отражения определяется просто - он соответствует отражению от ровной поверхности и вычисляется по формулам Френеля:
п( 7п) Vko - ?2 -y/e-ko-Q2 .
-?■ (13Л7)
„,дио)=е'^10.3.18)
е-лАТ^+л/^о-?
С ростом г коэффициент отражения меняется. Эта “динамика” отображается с помощью уравнений погружения. Здесь также, как и в методе матриц переноса, происходит добавление бесконечно тонкого (элементарного) слоя к уже учтённой части интерфейса. Однако, учитывая, что теперь рассчитывается матрица рассеяния, определяемая уравнением (1.3.13), а не матрица переноса -