Патент на изобретение №2346266
|
||||||||||||||||||||||||||
(54) СПОСОБ ДИСТАНЦИОННОГО ОПРЕДЕЛЕНИЯ КОЭФФИЦИЕНТА ОТРАЖЕНИЯ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЙ ВОЛНЫ ОТ ГРАНИЦЫ РАЗДЕЛА “ВОЗДУХ – ГОРИЗОНТАЛЬНАЯ ПОВЕРХНОСТЬ ПОДСТИЛАЮЩЕЙ СРЕДЫ”
(57) Реферат:
Изобретение относится к способам определения диэлектрических параметров неметаллических материалов, что является весьма актуальным при проведении мониторинга земляных покровов, осуществляющегося с целью определения параметров подстилающих сред, в частности, при измерении толщины слоя нефти, разлитой на водной поверхности. Сущность заключается в поочередном измерении уровней сигнала падающего и отраженного излучений с вертикальной и горизонтальной поляризацией электромагнитной волны соответственно для каждого выбранного угла отражения из диапазона углов измерения с последующим вычислением модуля коэффициента отражения как отношения отраженного и падающего сигналов. При этом в качестве источника падающего излучения используют тепловое радиоизлучение неба, а прием отраженного излучения осуществляют радиометрическим методом. Кроме того, дополнительно измеряют уровень сигнала, источником которого является объект, находящийся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, после чего производят вычисление модуля коэффициента отражения из соотношений:
Изобретение относится к способам определения диэлектрических параметров неметаллических материалов, что является весьма актуальным при проведении мониторинга земляных покровов, осуществляющегося с целью определения параметров подстилающих сред, в частности, при измерении толщины слоя нефти, разлитой на водной поверхности. Известен способ [А.Г.Аренберг, Распространение дециметровых и сантиметровых волн, Советское радио, 1957 г.] определения модуля коэффициента отражения электромагнитной волны от границы раздела «воздух – горизонтальная поверхность подстилающей среды» при условии выполнения для поверхности критерия гладкости Релея в выбранном диапазоне частот, заключающийся в поочередном измерении уровней сигнала падающего и отраженного излучений с вертикальной и горизонтальной поляризацией электромагнитной волны соответственно для каждого выбранного угла отражения из диапазона углов измерения с последующим вычислением модуля коэффициента отражения как отношения величин отраженного и падающего сигналов. Однако данные измерения связаны с использованием сложного стендового оборудования, включающего генератор электромагнитных падающих волн, мачтовые устройства для размещения приемных и передающих антенных устройств, приемную аппаратуру, что делает практически невозможным оперативное измерение параметров подстилающих поверхностей, особенно в полевых условиях. Кроме того, источник падающего излучения создает помеховый фон для окружающей аппаратуры иного назначения и подвергает облучению обслуживающий персонал. Задачей предлагаемого изобретения является реализация способа определения модуля коэффициента отражения электромагнитной волны от границы раздела воздух – горизонтальная поверхность подстилающей среды, лишенного указанных недостатков. Указанный результат достигается применением способа, реализуемого на основе радиометрического метода приема сигналов. Для достижения этого результата в способе дистанционного определения коэффициента отражения электромагнитной волны от границы раздела «воздух – горизонтальная поверхность подстилающей среды», при условии выполнения для поверхности критерия гладкости Релея в выбранном диапазоне частот, заключающемся в поочередном измерении уровней сигнала падающего и отраженного излучений с вертикальной и горизонтальной поляризацией электромагнитной волны соответственно для каждого выбранного угла отражения из диапазона углов измерения, в качестве источника падающего излучения используют тепловое радиоизлучение неба, а прием отраженного излучения осуществляют радиометрическим методом, причем дополнительно измеряют уровень сигнала, источником которого является объект, находящийся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, после чего производят вычисление модуля коэффициента отражения из соотношений:
где
где Признаки, отличающие предлагаемый способ обнаружения от прототипа, в качестве источника падающего излучения используют тепловое радиоизлучение неба, а прием отраженного излучения осуществляют радиометрическим методом, причем дополнительно измеряют уровень сигнала, источником которого является объект, находящийся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, после чего производят вычисление модуля коэффициента отражения из соотношений:
где
где Предлагаемый способ является развитием способа пассивной локации и базируется на свойстве радиометрии регистрировать слабые электромагнитные излучения, в частности, тепловое излучение объекта, на фоне собственных тепловых шумов приемного устройства и окружающей среды. В отличие от активного способа определения модуля коэффициента отражения радиометрия не нуждается в источнике зондирующего сигнала. Причем в случае использования поляризационного радиометрического метода измерения сигнала, отраженного от границы подстилающей поверхности, производят относительным способом, т.е. его сравнивают с сигналом от атмосферы или «черного тела». При этом в случае измерений относительно атмосферы имеет место соотношение [В.Д.Кротиков, С.А.Пелюшенко, И.Н.Мордвинкин, И.В.Ракуть, А.С.Пелюшенко, Радиометрические методы дистанционного зондирования разливов нефти на поверхности воды, Известия высших учебных заведений, Радиофизика, том XLV, №3, 2002]
а в случае измерения относительно «черного тела» –
При этом необходимо отметить, что ни один из используемых в настоящее время способов не позволяет произвести прямого определения модуля коэффициента отражения. На чертеже представлена структурная схема реализации заявляемого способа, где обозначено: 1 – воздух, 2 – подстилающая среда, 3 – падающее электромагнитное излучение неба, 4 – отраженное излучение, 5 – излучение объекта, находящегося в термодинамическом равновесии с окружающей средой, 6 – антенная система принимающего устройства при различной ориентации относительно принимаемого излучения, 7 – принимающее радиометрическое устройство. Дистанционное определение коэффициента отражения производится следующим образом. В качестве источника излучения плоской электромагнитной волны (1), падающей на границу раздела воздух – горизонтальная поверхность подстилающей среды, используется шумовое тепловое излучение неба в миллиметровом и сантиметровом диапазонах длин волн. Изменяя угловую ориентацию антенной системы (6) приемного устройства (7), фиксируют уровни сигналов с вертикальной и горизонтальной поляризацией электромагнитного поля Далее вычисляются разности между соответствующими уровнями сигнала от границы раздела В завершение процедуры, используя полученные значения А и В, вычисляют значения модулей коэффициентов отражения для вертикальной и горизонтальной поляризаций по соотношениям:
Указанный способ дистанционного определения модуля коэффициента отражения для вертикальной и горизонтальной поляризаций был опробован с использованием радиометрического измерителя «Прибор КТС РМК-Н», работающего в диапазонах 33-35 ГГц и 11,7-12,7 ГГц.
Формула изобретения
1. Способ дистанционного определения коэффициента отражения электромагнитной волны от границы раздела «воздух – горизонтальная поверхность подстилающей среды», заключающийся в поочередном измерении уровней сигнала падающего и отраженного излучений с вертикальной и горизонтальной поляризацией электромагнитной волны соответственно для каждого выбранного угла отражения из диапазона углов измерения при условии выполнения для поверхности критерия гладкости Релея в выбранном диапазоне частот, отличающийся тем, что в качестве источника падающего излучения используют тепловое радиоизлучение неба, а прием отраженного излучения осуществляют радиометрическим методом, причем дополнительно измеряют уровень сигнала, источником которого является объект, находящийся в термодинамическом равновесии с окружающей средой, после чего производят вычисление модуля коэффициента отражения из соотношений:
где
где 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве объекта, находящегося в термодинамическом равновесии с окружающей средой, используют области атмосферной толщи и земной поверхности, заполняющие соответственно сектор углов вверх и вниз от линии горизонта, не превышающий ширину диаграммы направленности антенной системы принимающего устройства, в направлении, в котором сигнал имеет максимальное значение по сравнению с сигналом за пределами этого сектора. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве объекта, находящегося в термодинамическом равновесии с окружающей средой, используют объект искусственного или естественного происхождения, являющийся «черным телом» для данного диапазона частот и перекрывающий телесный угол главного лепестка антенной системы принимающего устройства. 4. Способ по п.1, отличающийся тем, что в качестве объекта, находящегося в термодинамическом равновесии с окружающей средой, используют подключенную ко входу принимающего устройства согласованную нагрузку, имеющую температуру окружающей среды.
РИСУНКИ
|
||||||||||||||||||||||||||
, 
, где 
, 
– модули коэффициентов отражения для вертикальной и горизонтальной поляризаций излучения при выбранном угле отражения 
соответственно, 
, 
где 
, 
– значения уровня принятого сигнала от исследуемой границы, неба, объекта в термодинамическом равновесии с окружающей средой для вертикальной (горизонтальной) поляризации соответственно. Технический результат: оперативное измерение параметров подстилающих поверхностей, особенно в полевых условиях. 3 з.п. ф-лы, 1 ил.
,
,
, 
– модули коэффициентов отражения для вертикальной и горизонтальной поляризаций излучения при выбранном угле отражения 
, 
,
, 
, 
– значения уровня принятого сигнала от исследуемой границы, неба, объекта в термодинамическом равновесии с окружающей средой для вертикальной (горизонтальной) поляризации соответственно
,
,
.
,
,
, 
– модули коэффициентов отражения для вертикальной и горизонтальной поляризаций излучения при выбранном угле отражения 
, 
,
, 
, 
– значения уровня принятого сигнала от исследуемой границы, неба, объекта в термодинамическом равновесии с окружающей средой для вертикальной (горизонтальной) поляризации соответственно.