МОДЕЛИРОВАНИЕ РАССЕЯНИЯ МИЛЛИМЕТРОВЫХ РАДИОВОЛН НА СТАТИСТИЧЕСКИ НЕРОВНЫХ ПОВЕРХНОСТЯХ

April 24, 2012 by admin Комментировать »

Шорохова Е. А., Илларионов И. А., Клянчин А. Н. ФГУП НИИ измерительных систем им. Ю. Е. Седакова 603950, ул. Тропинина, 47, ГСП-486, Нижний Новгород, Россия e-mail: elsh@nirfi.sci-nnov.ru; illarionovi@list.ru; alexnnov@list.ru

Аннотация – В настоящей работе представлены результаты численного моделирования задачи о рассеянии электромагнитных волн миллиметрового диапазона (ММВ) на статистически неровных поверхностях с учетом диаграммы направленности антенны. Расчеты выполнены с помощью метода возмущений (MB) и метода касательных плоскостей (МКП). Исследованы вопросы влияния на рассеянное поле длины волны, высоты источника над земной поверхностью, угла визирования, электрофизических и статистических свойств земных покровов.

I.  Введение

В последнее время становится особенно актуальным использование в радиолокации ММВ [1]. Говоря о преимуществах ММВ перед другими диапазонами, отметим следующее. Во-первых, для ММВ характерно относительно малое затухание в атмосфере и диэлектрических средах, если длина волны (X) соответствует окну прозрачности [2]. Во-вторых, системы ММВ выгодно отличаются от систем оптического диапазона возможностью обнаружения объектов в оптически непрозрачных средах или при отсутствии видимости. В-третьих, укорочение длины волны по сравнению с хорошо освоенным в настоящее время сантиметровым диапазоном длин волн позволяет достичь более высокой разрешающей способности и компактности создаваемых систем, расширить класс исследуемых объектов.

Для практического использования радиолокационных систем ММВ необходимо знание особенностей их распространения и рассеяния в окружающем пространстве [3]. Задача сильно усложняется из-за огромного многообразия естественных и антропогенных подстилающих покровов. Поскольку получение экспериментальных данных об их радиофизических параметрах и влиянии на рассеяние ММВ связано с рядом технических и экономических трудностей, возникает задача численного моделирования рассеяния электромагнитных миллиметровых волн на земной поверхности.

Поля рассеяния ММВ земными покровами рассчитываются с помощью методов теории дифракции волн на статистически неровной поверхности произвольной формы [1, 4-5]. Отражающие свойства земной поверхности определяются комплексной диэлектрической проницаемостью покровов e=e’-ie" и параметрами неровностей: среднеквадратичным значением размера неровности (дисперсией) су с,

радиусом пространственной корреляции L и среднеквадратичным значением тангенса угла наклона

неровности

Аёё[ а аТ ё1 й Л, i 1 Fig. 2

Значения параметров земной поверхности для

трех значений А, используемые в расчетах, приведены в нижеследующей таблице.

Среда

<7£ , ММ

ы

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

Снег

1

0.08

0.17

0.19

Песок

5

0.23

0.34

0.39

Отметим, что для численных расчетов была выбрана однолепестковая диаграмма направленности антенны гауссовского вида, которая хоть и не реализуется на практике, но позволяет моделировать отраженные от подстилающей поверхности сигналы с достаточной степенью точности.

В работе представлены результаты численного анализа рассеянного поля на статистически шероховатой земной поверхности как естественного характера, так и антропогенного. Созданный математический и программный аппарат позволяет рассчитывать рассеянное поле и эффективную поверхность рассеяния, варьируя геометрические и электрофизические параметры задачи. Проведенные исследования, в большей своей части не вошедшие в данную работу, выполнены с целью моделирования радиоканала миллиметрового радиолокационного устройства получения высококачественных изображений местности.

В дальнейшем планируется обобщить модель на случай использования сложного импульсного зондирующего сигнала и реальной диаграммы направленности антенны.

1\/.Список литературы

[1]    Подосенов С. А., Потапов А. А., Соколов А. А. Импульсная электродинамика широкополосных радиосистем и поля связанных структур. – М.: Радиотехника, 2003. – 720 с.

[2]    Андреев Г. А., Базарский О. В., Гпауберман А. С. и др. Визуализация и преобразование электромагнитных волн миллиметрового диапазона. – Зарубежная радиоэлектроника, 1984, № 11, с.3-28.

[3]    Андреев Г. А., Потапов А. А. Миллиметровые волны в радиолокации. – Зарубежная радиоэлектроника, 1984, № 11.

[4]    Зубкович С. Г. Статистические характеристики радиосигналов, отражённых от земной поверхности. – М.: Сов. радио, 1968. – 224 с.

[5]    Мельник Ю. А., Зубкович С. Г., Степаненко В. Д. и др. Радиолокационные методы исследования Земли. – М.: Сов. радио, 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.

Источник: Материалы Международной Крымской конференции «СВЧ-техника и телекоммуникационные технологии»

Оставить комментарий

микросхемы мощности Устройство импульсов питания пример приемника провода витков генератора выходе напряжение напряжения нагрузки радоэлектроника работы сигнал сигнала сигналов управления сопротивление усилитель усилителя усиления устройства схема теория транзистора транзисторов частоты