Шорохова Е. А., Ілларіонов І. А., Клянчін А. Н. ФГУП НДІ вимірювальних систем ім. Ю. Є. Седакова 603950, вул. Тропініна, 47, МСП-486, Нижній Новгород, Росія e-mail: elsh@nirfi.sci-nnov.ru; illarionovi@list.ru; alexnnov@list.ru

Анотація – У цій роботі представлені результати чисельного моделювання задачі про розсіянні електромагнітних хвиль міліметрового діапазону (ММВ) на статистично нерівних поверхнях з урахуванням діаграми спрямованості антени. Розрахунки виконані за допомогою методу збурень (MB) та методу дотичних площин (МКП). Досліджено питання впливу на розсіяне поле довжини хвилі, висоти джерела над земною поверхнею, кута візування, електрофізичних і статистичних властивостей земних покривів.

I. Вступ

Останнім часом стає особливо актуальним використання в радіолокації ММВ [1]. Говорячи про переваги ММВ перед іншими діапазонами, відзначимо таке. По-перше, для ММВ характерно щодо мале загасання в атмосфері і діелектричних середовищах, якщо довжина хвилі (X) відповідає вікна прозорості [2]. По-друге, системи ММВ вигідно відрізняються від систем оптичного діапазону можливістю виявлення об’єктів в оптично непрозорих середовищах або при відсутності видимості. По-третє, скорочення довжини хвилі в порівнянні з добре освоєним в даний час сантиметровим діапазоном довжин хвиль дозволяє досягти більш високої роздільної здатності і компактності створюваних систем, розширити клас досліджуваних об’єктів.

Для практичного використання радіолокаційних систем ММВ необхідне знання особливостей їх поширення і розсіяння в навколишньому просторі [3]. Завдання сильно ускладнюється через величезну різноманіття природних і антропогенних підстилаючих покривів. Оскільки отримання експериментальних даних про їх радіофізичних параметрах і вплив на розсіювання ММВ пов’язано з низкою технічних та економічних труднощів, виникає задача чисельного моделювання розсіювання електромагнітних міліметрових хвиль на земній поверхні.

Поля розсіювання ММВ земними покривами розраховуються за допомогою методів теорії дифракції хвиль на статистично нерівній поверхні довільної форми [1, 4-5]. Відбивні властивості земної поверхні визначаються комплексної діелектричної проникністю покривів e = e’-ie “і параметрами нерівностей: середньоквадратичним значенням розміру нерівності (дисперсією) су с,

радіусом просторової кореляції L і середньоквадратичним значенням тангенса кута нахилу

нерівності

АЕЕ [а ат е1 й Л, i 1 Fig. 2

Значення параметрів земної поверхні для

трьох значень А, використовувані в розрахунках, наведено у наступній таблиці.

Середа

<7 £, ММ

и

2.2 мм

8.6 мм

32 мм

Прее.вода

0.1

0.70

0.80

0.82

Бетон

0.3

0.40

0.44

0.45

Сніг

1

0.08

0.17

0.19

Пісок

5

0.23

0.34

0.39

Зазначимо, що для чисельних розрахунків була обрана однолепестковая діаграма спрямованості антени гауссовского виду, яка хоч і не реалізується на практиці, але дозволяє моделювати відбиті від підстилаючої поверхні сигнали з достатнім ступенем точності.

В роботі представлені результати чисельного аналізу розсіяного поля на статистично шорсткою земної поверхні як природного характеру, так і антропогенного. Створений математичний і програмний апарат дозволяє розраховувати розсіяне поле і ефективну поверхню розсіювання, варіюючи геометричні та електрофізичні параметри завдання. Проведені дослідження, в більшій своїй частині не ввійшли в дану роботу, виконані з метою моделювання радіоканалу міліметрового радіолокаційного пристрою отримання високоякісних зображень місцевості.

Надалі планується узагальнити модель на випадок використання складного імпульсного зондуючого сигналу і реальної діаграми спрямованості антени.

1 \ /. Список літератури

[1] Подосенов С. А., Потапов А. А., Соколов А. А. Імпульсна електродинаміка широкосмугових радіосистем і поля пов’язаних структур. – М.: Радіотехніка, 2003. – 720 с.

[2] Андрєєв Г. А., Базарський О. В., Гпауберман А. С. та ін Візуалізація та перетворення електромагнітних хвиль міліметрового діапазону. – Зарубіжна радіоелектроніка, 1984, № 11, с.3-28.

[3] Андрєєв Г. А., Потапов А. А. Міліметрові хвилі в радіолокації. – Зарубіжна радіоелектроніка, 1984, № 11.

[4] Зубковичі С. Г. Статистичні характеристики радіосигналів, відбитих від земної поверхні. – М.: Сов. радіо, 1968. – 224 с.

[5] Мельник Ю. А., Зубковичі С. Г., Степаненко В. Д. та ін Радіолокаційні методи дослідження Землі. – М.: Сов. радіо, 1980. – 264 с.

SIMULATION OF MM-RADIOWAVE SCATTERING OVER STATISTICALLY UNEVEN SURFACES

Shorokhova Ye. A., Illarionov I. A., Klyanchin A. N.

‘Yu. Ye. Sedakov Research Institute of Measuring Systems’ Federal State-Owned Unitary Enterprise 47 Tropinina Str., Nizhny Novgorod – 603950, Russia e-mail: elsh@nirfi.sci-nnov.ru; illarionovi@list.ru; alexnnov@list.ru

This paper presents the results of numerically simulating the problem of EM mm-wave scattering over statistically uneven surfaces of natural and anthropogenic origin with regard to directional pattern. Calculations have been made using the perturbation technique and the tangential planes technique.

The influence of wavelength, elevation of radiation source above the earth surface, angle of sight, electrophysical and statistical surface properties on scattered fields has been studied.

The available mathematical and software tools allow for the scattered field and the absolute cross-section to be calculated for varied geometrical and electrophysical parameters of the problem. These investigations have been carried out with the aim of simulating a mm-wave radar radio channel.

We intend to develop the model to encompass compound pulse probing signals and actual directional patterns.

Джерело: Матеріали Міжнародної Кримської конференції «СВЧ-техніка і телекомунікаційні технології»