Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона

Исследованы особенности поля сантиметровых и миллиметровых радиоволн над поверхностью моря в переходной области углов скольжения, ниже которой необходимо пользоваться моделью многократной дифракции Френеля на гребнях волн, а выше - приближением Кирхгофа. Показано, что в такой модели примени...

Повний опис

Збережено в:

Бібліографічні деталі
Дата:	2007
Автори:	Разсказовский, В.Б., Логвинов, Ю.Ф.
Формат:	Стаття
Мова:	Російська
Опубліковано:	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України 2007
Теми:	Распространение и рассеяние волн
Онлайн доступ:	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10834
Теги:	Додати тег Немає тегів, Будьте першим, хто поставить тег для цього запису!
Назва журналу:	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
Цитувати:	Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона / В.Б. Разсказовский, Ю.Ф. Логвинов // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 1. — С. 177-184. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.

Репозитарії

Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine

_version_	1859989999195258880
author	Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф.
author_facet	Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф.
citation_txt	Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона / В.Б. Разсказовский, Ю.Ф. Логвинов // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 1. — С. 177-184. — Бібліогр.: 14 назв. — рос.
collection	DSpace DC
description	Исследованы особенности поля сантиметровых и миллиметровых радиоволн над поверхностью моря в переходной области углов скольжения, ниже которой необходимо пользоваться моделью многократной дифракции Френеля на гребнях волн, а выше - приближением Кирхгофа. Показано, что в такой модели применимо многолучевое представление распространения радиоволн, проанализированы особенности зависимости когерентной и некогерентной компонент рассеянного "вперед" поля от геометрии трассы и параметров морского волнения. Досліджено особливості поля сантиметрових і міліметрових радіохвиль над поверхнею моря в перехідній області кутів ковзання, нижче якої необхідно користуватися моделлю багаторазової дифракції Френеля на гребенях хвиль, а вище - наближенням Кирхгофа. Показано, що в ній можна застосовувати багатопроменеве представлення поширення радіохвиль, проаналізовані особливості залежності когерентної і некогерентної компонент розсіяного "уперед" поля від геометрії траси і параметрів морського хвилювання. The peculiarities of the field of centimeter and millimeter radio waves over rough see surface are investigated in the transition region of small grazing angle, it is below than which necessary to use the model of multiple knife-edge diffraction on the wave crest, and higher Kirchgoff method is applicable. It is shown that multipath propagation of radio wave is applicable in it, the properties of coherent and uncoherent component of the field forward scattering as function geometry of radio path and sea state is analized.
first_indexed	2025-12-07T16:31:30Z
format	Article
fulltext	__________ ISSN 1028-821X Радиофизика и электроника, том 12, №1, 2007, с. 177-184 © ИРЭ НАН Украины, 2007 УДК 621.371(260).029.65 МНОЖИТЕЛЬ ОСЛАБЛЕНИЯ РАДИОВОЛН ПРИ РАСПРОСТРАНЕНИИ НАД МОРЕМ ПОД МАЛЫМИ УГЛАМИ СКОЛЬЖЕНИЯ: ПЕРЕХОДНАЯ ЗОНА В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов Институт радиофизики и электроники им. А. Я. Усикова, НАН Украины, 12, ул. Ак. Проскуры, Харьков, 61085, Украина E-mail: vadimr@ire.kharkov.ua Исследованы особенности поля сантиметровых и миллиметровых радиоволн над поверхностью моря в переходной об- ласти углов скольжения, ниже которой необходимо пользоваться моделью многократной дифракции Френеля на гребнях волн, а выше - приближением Кирхгофа. Показано, что в такой модели применимо многолучевое представление распространения радио- волн, проанализированы особенности зависимости когерентной и некогерентной компонент рассеянного "вперед" поля от геомет- рии трассы и параметров морского волнения. Ил. 7. Библиогр.: 14 назв. Ключевые слова: дифракция, морская поверхность, малые углы скольжения. В предыдущих наших работах [1,2] пока- зано, что объяснить экспериментально наблю- даемые особенности электромагнитного поля СВЧ при малых углах скольжения над поверхно- стью раздела с большими неровностями, где из-за сильных затенений не применимы ни метод ма- лых возмущений, ни приближение Кирхгофа, можно, представляя поле над ней как продукт многократной дифракции Френеля на клиновид- ных вершинах неровностей. В частности, в [1,2] и ряде цитируемых в них других работ показана применимость такого подхода к распространению сантиметровых и миллиметровых радиоволн над поверхностью моря с ветровым волнением и при- ведены существующие при этом требования к геометрии трассы, длине волны и силе волнения. В работе [2] показано, что в области ма- лых углов скольжения, где необходимо пользо- ваться дифракционным подходом к описанию рас- пространения поля над поверхностью, можно вы- делить две зоны. В нижней, названной зоной ма- лых высот, где взаимное влияние границ экранов (вершин морских волн) является сильным, необхо- димо пользоваться методами расчета многократ- ной дифракции Френеля, для которых аналитиче- ские методы не разработаны, а численные - при их реализации даже на современных компьютерах из- за большого времени счета носят ограниченный характер. В расположенной выше зоне, являющей- ся переходной к области, в которой применимы методы описания поля работ [3-6], основанные на приближении Кирхгофа, можно пренебречь вза- имным влиянием смежных экранов, по-прежнему рассматривая процесс переизлучения отдельным экраном как дифракцию Френеля. Это означает правомерность использования в этой переходной зоне лучевого представления при описании меха- низма формирования суммарного поля, переизлу- ченного множеством неровностей поверхности. Иными словами, здесь можно говорить о много- лучевом распространении при дифракционном механизме формирования элементарных переиз- лученных волн. Переход от вычисления много- кратных к суммированию однократных интегра- лов Френеля снижает более чем в сотни раз вы- числительные затраты и позволяет осуществлять расчет статистических характеристик по предста- вительным ансамблям данных, в частности, полу- чать состоятельные оценки параметров распреде- ления поля в точке наблюдения при различной геометрии трасс и случайных координатах пере- излучающих элементов. 1. Области применимости приближе- ний. Граничным значением угла скольжения гр в месте расположения каждого переизлучающего элемента - вершины гребня волны в применении к морской поверхности является гр 2d    , (1) где  - длина волны; d - среднее расстояние между экранами (в случае морского волнения - между гребнями волн). Неравенство гр  означает, что грани- ца рассматриваемого экрана находится в области полутени по отношению к предшествующему или последующему экрану, и поле в области интегри- рования над ней искажено по сравнению с имеющим место при распространении в свобод- ном пространстве. И наоборот, при гр  мож- но приближенно считать, что поле над границей экрана не отличается от существующего при рас- пространении в свободном пространстве. Одно- временно это неравенство согласно [3, 7, 8] озна- чает, что к описанию дифрагированной волны применимо асимптотическое представление инте- грала Френеля, при котором поле в широкой об- ласти углов дифракции может быть представлено как результат суперпозиции поля свободного пространства (плоская, сферическая или цилинд- mailto:vadimr@ire.kharkov.ua В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Множитель ослабления радиоволн… _________________________________________________________________________________________________________________ 178 рическая волна) и неоднородной цилиндрической волны, источником которой служит прямолиней- ная граница экрана (нами рассматривается слу- чай, когда плоскость экрана перпендикулярна трассе распространения радиоволны). Иными словами, применимо многолучевое представле- ние формирования поля над поверхностью, при котором в отличие от работ [4-6] и других, ис- пользующих по существу метод касательной плоскости (МКП), элементарными вторичными излучателями являются не квазиплоские «фаце- ты», а линейные границы экранов. Поскольку диаграммы направленности вторичного излучения фацетов и границ экранов существенно отличаются, есть основания ожи- дать и значительных отличий свойств суммарного поля над поверхностью для этих двух моделей явления. В частности, на аналогии и отличия свойств поля над поверхностью при этих двух моделях указано в работе [1], где оценки получе- ны аналитическими методами с использованием ряда упрощающих предположений. Приводимые ниже результаты получены методом моделирова- ния на ЭВМ, что позволило уточнить и допол- нить ряд результатов работы [1], в первую оче- редь, относящихся к свойствам некогерентной составляющей поля. Двумерная модель трассы распростране- ния радиоволн при таком представлении показана на рис. 1. T ,h0 T hn dT dn dR D x R D,h R n N Рис. 1. Схема трассы Для случаев малых углов скольжения, воспользовавшись результатами работ [3, 7, 8], поле ( )mE R , создаваемое каждым экраном в точ- ке наблюдения R , представим в виде 0( ) ( ) ( )m mE R E R w R , (2) где 0 ( )E R - поле свободного пространства в точ- ке R , создаваемое излучателем, расположенным в точке T (в нашем случае это линейный излуча- тель цилиндрической волны); )(Rwm - множи- тель ослабления, описывающий отличия ампли- туды и фазы переизлученной волны от распро- страняющейся в свободном пространстве. Соответственно суммарное поле в точке наблюдения можно представить в виде   1 0 0 0 1 0 ( ) ( ) ( ) ( ) 1 ( ) , ( ) 1 ( ), ( ), M m m M M M M m m E R E R E R E R W R W R W R W w R               (3) где )(RW и )(RWM являются соответственно комплексными множителями ослабления полного поля и суммарного переизлученного полей в точ- ке R . Для краткости записи в (2) и (3) использу- ются обозначения )(RW , )(RWM , )(Rwm вместо полных, например ).,,,,,()( DhhhxwRw RTmmmm  В последующих расчетах всегда предпо- лагается, что ,,1,1 ,    RT m R m T h xD h x h   dd RT ,, . Согласно результатам [3, 7, 8] при этих условиях множитель ослабления )(Rwm может быть представлен в виде 2 3 2 4 2 1 1 ( ) 1 2 mi U m mm w R e i UU                  , (4)  2 , 1, m mT m R m m m m m x D xh h h h U x D x D U           (5) в котором с целью повышения точности при 1mU использовано два члена асимптотическо- го ряда для интеграла Френеля (погрешность не превышает 3% при 8,0mU ). Однако более жестким, чем 1mU , ог- раничением на представление переизлученного отдельным экраном поля в виде (4) является не- равенство (1), указывающее на необходимость при меньших углах скольжения учитывать влия- ние на множитель ослабления (4) смежных экра- нов. Для более точной оценки влияния этого фактора было проведено сравнение амплитуд суммарного поля над системой эквидистантных равновысоких экранов, полученных как методом численного счета многократной дифракции, из- ложенным в работе [2], так и с использованием асимптотического приближения. Результаты сравнения для 20 экранов показаны на рис. 2, из которого видно, что удовлетворительное совпа- дение формы зависимостей множителя ослабле- В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Множитель ослабления радиоволн… _________________________________________________________________________________________________________________ 179 ния существует до высот, примерно в два раза меньших, следующих из (1). Некоторого расши- рения в сторону малых высот области примени- мости многолучевого представления можно дос- тичь введением корректирующих множителей, уменьшающих амплитуду облучения края экрана при его приближении к границе тени от края смежного экрана примерно так же, как при ди- фракции Френеля. С использованием результатов [9] эти корректирующие множители были выбра- ны в виде функций: 2 , 2,1 2 2 , 5,01 RmRmTm UiU RmTm ew     ; (6)   1 1 1 1 2 , 2 , mR Rm m m mT Tm m m d xh U D x D x d xh U x x           (7) где x означает среднее значение соответст- вующей координаты. Рис. 2. Сравнение результатов расчета множителя ослабления поля при многократной дифракции Френеля и в асимптотиче- ском приближении: 1 - многократная дифракция; 2 - асимпто- тическое приближение без коррекции границ тени; 3 - асим- птотическое приближение с коррекцией Заметим, что в (6), (7) используются де- терминированные значения координат краев эк- ранов в отличие от (4), где при моделировании эти величины являются случайными. Основанием для такого упрощения служит то, что при моде- лировании исследуется случай малых по сравне- нию с ,T Rh h и d флуктуаций этих величин. Так, среднеквадратическое отклонение (СКО) высот границ экранов составляло доли метра, что соот- ветствует умеренному волнению на море. Резуль- таты введения этих корректирующих множителей иллюстрирует кривая 3 на рис. 2. Видно, что удовлетворительное совпадение множителей ос- лабления полного поля при учете многократной дифракции и при замене его многолучевым опи- санием имеет место, начиная практически с пер- вого интерференционного максимума. С учетом изложенного выше моделиро- вание поля состояло в вычислении и анализе ха- рактеристик множителя ослабления (3) с введе- нием корректирующих множителей (6), (7)     1 0 )()( M m mRmTmM wwRwRW . (8) Поскольку аргументы функций )(Rwm - случайные координаты краев экранов, множитель ослабления )(RWM также является случайной функцией координат точки наблюдения: стати- стические характеристики этой функции зависят от статистических свойств координат переизлу- чателей и геометрии трассы. Поскольку модели- рование ведется применительно к морской по- верхности с ветровым волнением, параметры и переменные, входящие (4), (5), задавались так, чтобы они отображали свойства последней. В частности, считалось, что координата mx являет- ся в среднем периодической функцией со случай- ной составляющей, среднеквадратическое значе- ние которой мало по сравнению с периодом d qdmddx mTm  , m=0,1…M-1, (9) где m - нормально распределенная случайная величина с дисперсией, равной единице; q - от- ношение среднеквадратического отклонения слу- чайной составляющей дальности к периоду d . Высота границы каждого экрана задава- лась как случайная величина с математическим ожиданием, равным нулю  mmh  , (10) где m - нормально распределенная случайная величина с дисперсией, равной единице;  - СКО высоты экрана. Массивы случайных чисел формировались так, чтобы все случайные величины каждой из ко- ординат границ экранов были независимыми, т. е. 0nm при nm  , 0nm при nm  , где  означает усреднение. Значение параметров ,d  и геометрия трассы (параметры , ,T Rh h D ) выбирались такими, чтобы они, во-первых, соот- ветствовали реальным условиям работы радио- систем миллиметрового и сантиметрового диапа- зонов над морем, во-вторых, чтобы они лежали в пределах применимости асимптотического под- 0 2 4 6 8 h R , м 0 0.4 0.8 1.2 1.6 2 2,4 , , , , ) ( R h W 3 2 1 В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Множитель ослабления радиоволн… _________________________________________________________________________________________________________________ 180 хода к описанию дифракции на системе экранов. Исходя из результатов, полученных при модели- ровании освещенности морской поверхности [10], можно принять, что при скорости ветра 5 - 10 м/с и углах скольжения в единицы миллирадиан среднее расстояние между освещенными гребня- ми волн составляет 20 - 50 м, а СКО их высот с возрастанием скорости ветра изменяется в преде- лах от 0,1 до 0,4 м. В то же время, согласно ре- зультатам [2], при таких скоростях ветра право- мерно представление распределения над поверх- ностью моря радиоволн миллиметрового и корот- коволновой части сантиметрового диапазонов как многократной дифракции Френеля на экранах. В связи со сказанным выше базовой ком- бинацией параметров при моделировании была следующая: длина волны - 1 см; протяженность трассы D - около 5 км; высоты корреспонди- рующих пунктов Rh и Th - 10 м; среднее рас- стояние между экранами - 50 м; СКО высот экра- нов - 0…0,4 м; количество экранов M - 100; рас- стояние от концов трассы до ближайших к ним экранов ,T Rd d - (детерминированная состав- ляющая) - около 50 м. При такой комбинации параметров вы- бранные значения высот корреспондирующих пунктов Th и Rh были наименьшими, для кото- рых на всей трассе выполнялись условия 0,5T кр m h x  , 0,5R кр m h D x   , т. е. выражение (1), скорректированное с учетом введения в (4) множителей (6), (7), учитывающих влияние смежных экранов. С другой стороны, для всех экранов имело место неравенство 4mU , что означает высокую точность описания дифра- гированного поля при замене интеграла Френеля его асимптотическим представлением. Непосредственными результатами расчетов являлись либо зависимости множителя ослабления (3) от высоты точки наблюдения, либо ансамбль (массив) случайных значений )(Rw при фиксиро- ванных значениях Th и Rh , но статистически неза- висимых ансамблях высот экранов  mh . Следующим этапом являлось вычисление усредненных характеристик переизлученного системой экранов поля: когерентной и некоге- рентной составляющих, являющихся эквивален- тами зеркальной и диффузной (некогерентной) компонент при описании поля над шероховатой поверхностью раздела в приближении МКП [4-6]. Когерентная составляющая ( , )C R  суммарного переизлученного M экранами поля и соответст- вующий ей коэффициент Г( , )R  , по своему фи- зическому смыслу совпадающий с коэффициен- том отражения от плоской шероховатой поверх- ности [3-7], вычислялись как 1 0 1 ( , ) ( , ), Г( , ) ( , ) , N Mn n C R W R N R C R          , (11) где  - СКО высот границ экранов. Здесь каждая случайная функция ),( RWMn соответствует од- ному из N массивов  mh , состоящему из M слу- чайных значений высот краев экранов с постоян- ным для всех N массивов значением СКО высот. Средняя плотность потока мощности не- когерентной компоненты, отнесенная к той же величине для поля свободного пространства в точке R , рассчитывалась как 1 0 2 1 ( , ) ( , ) ( , ) Г ( , ), N Mnd Mn n P R W R W R N R           (12) а по ней определялось значение ),(  Rd , экви- валентное коэффициенту диффузного рассеяния при отражении от шероховатой поверхности: ),(),(  RPR dd  . (13) В качестве иллюстрации на рис. 3 приведен вид зависимостей от высоты случайных функций )( RhW при двух значениях СКО высот экранов, соответствующих малым  0,05м  и большим  0,4м  флуктуациям. Другие исходные дан- ные при расчете:  1 см, D  5 км, M  100. Рис. 3. Высотная зависимость множителя ослабления: СКО высот экранов 0,05 м; СКО высот экранов 0,4 м Основной задачей моделирования было определение зависимости характеристик коге- 8 12 16 20 24 28 32 h R , м 0.6 0.8 1 1.2 1.4 1.6 , , , , , В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Множитель ослабления радиоволн… _________________________________________________________________________________________________________________ 181 рентной и некогерентной составляющих вторич- ного поля от геометрии трассы и статистических свойств координат экранов, а также вклад в эти компоненты и в суммарное переизлученное поле различных частей трассы. Последняя характеристика представляет особый интерес при анализе, в том числе метода- ми статистического моделирования, особенно- стей работы пеленгационных систем с различны- ми способами пространственной обработки сиг- налов при измерении угла места маловысотных целей или излучателей. Рассмотрим результаты, полученные при моделировании этих характеристик переизлучен- ного поля. Уже на начальном этапе было уста- новлено, что случайное смещение экранов в про- дольном направлении, т. е. их неэквидистант- ность практически не влияет на характеристики когерентной и некогерентной компонент; этот вывод согласуется с результатами работы [1], полученными аналитическими методами. Более того, неэквидистантность экранов устраняет на высотных зависимостях множителя ослабления выбросы и провалы, обусловленные существова- нием интерференционных максимумов высокого порядка при дифракции на периодических решет- ках. В связи с этим основной объем данных моде- лирования получен для эквидистантной системы экранов со случайными высотами границ. 2. Когерентная компонента. Как и ожи- далось на основании работы [1], зависимость этой компоненты от длины волны, дисперсии высот границ экранов и геометрии трассы (параметров , ,T Rh h D ) оказалась аналогичной полученной в работах [4-6] для шероховатой в среднем плоской поверхности с тем отличием от последней, что в случае дифракции на границах экранов вместо дисперсии высоты неровностей поверхности не- обходимо пользоваться дисперсией высот границ экранов. Сказанное видно из рис. 4, на котором приведены зависимости коэффициентов отраже- ния (11) от величины  T Rh h Q D     . (14) Она совпадает с известным из работ по отраже- нию от шероховатых поверхностей [4-6] парамет- ром Релея, рассчитанным для точки трассы, яв- ляющей точкой стационарной фазы при отраже- нии от плоскости 0y (при принятом ранее ус- ловии моделирования 0mh  ). Для сравнения на рис. 4 кривой 5 показана зависимость работы [1], которая отличается от аналогичной для шеро- ховатой поверхности, приводимой в [4-6], при- сутствием коэффициента 0,6. 2 2 2 2 22 sin 8Г( ) 0,6 0,6k QQ e e    . (15) Рис. 4. Зависимость когерентной компоненты переизлученно- го поля от параметра Релея при разных коэффициентах ис- пользования трассы: 1 - вся трасса; 2 - область, соответст- вующая первой зоне Френеля; 3 - область, соответствующая 1,5 размерам первой зоны Френеля; 4 - область, соответст- вующая двум размерам первой зоны Френеля; 5 - теоретиче- ская зависимость в приближении МКП Отметим, что расчет зависимостей рис. 4 произ- водился в предположении о постоянстве высот корреспондирующих пунктов ,T Rh h и протя- женности трассы D , а переменной являлось СКО высот экранов. При фиксированном значении  и изменении высоты (или обеих высот) коррес- пондирующих пунктов убывание коэффициента отражения становится более быстрым вследствие присутствия в (4) амплитудного множителя 1 ( )mU x  . Это является одним из отличий ди- фракционной модели переизлучения от фацетной. Значительный интерес, особенно с точки зрения оценки влияния диаграмм направленности антенн пеленгационных систем на подавление приема когерентной компоненты, играет изучение вклада в нее переизлучения различными участками трассы. Расчеты показали, что доминирующую роль в ее формировании (более 90% по мощности) играет участок трассы, соответствующий первой зоне Френеля на средней плоскости границ экра- нов (в нашем случае плоскость 0y ). На это ука- зывает сравнение кривых 1-4 на рис. 4. 3. Некогерентная компонента. В ре- зультате статистического моделирования были оценены количественные характеристики некоге- рентной компоненты, которые не могли быть по- лучены аналитическими методами в работе [1]. Первой из таких характеристик является коэффи- циент диффузного рассеяния, рассчитываемый при статистическом моделировании по соотно- шениям (12), (13). Для симметричной трассы при 0 0.04 0.08 0.12 0.16 Q 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 Г(Q) , , , , , , , , , , 1 2 5 3 4 1 В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Множитель ослабления радиоволн… _________________________________________________________________________________________________________________ 182 фиксированных значениях высот 10 RT hh м его зависимости от величины Q , т. е. фактически от СКО высот экранов, показаны на рис. 5. Рис. 5. Зависимость коэффициента диффузного рассеяния от параметра Релея при разных коэффициентах использования трассы: 1 - вся трасса; 2 - область, соответствующая первой зоне Френеля; 3 - область, соответствующая 1,5 размерам первой зоны Френеля; 4 - область, соответствующая 2 разме- рам первой зоны Френеля Кривым 1-4 соответствуют случаи час- тичного облучения трассы, совпадающие с ис- пользованными при расчете кривых рис. 4. Вид зависимости коэффициента диффузного рассея- ния от параметра Q полностью аналогичен по виду и количественно близок к эмпирическим зависимостям, приводимым в работах [5, 6]. Од- нако существенно отличной от случая когерент- ной компоненты оказывается зависимость макси- мальных значений коэффициентов диффузного рассеяния от облучаемой части трассы: при пере- излучении только из первой зоны Френеля (кри- вая 1) коэффициент диффузного рассеяния ока- зывается более чем в два раза меньше по сравне- нию со случаем «работы» всей трассы. Это озна- чает, что в отличие от когерентной составляющей доминирующий вклад в нее вносит переизлуче- ние из удаленных от точки стационарной фазы участков. Таким же свойством согласно [5, 6] об- ладает переизлучение при фацетной модели. От- метим еще одну особенность некогерентной ком- поненты. При уменьшении параметра Q не за счет снижения СКО высоты экранов, как это предполагалось при расчете кривых 1-4, а вслед- ствие соответствующего изменения высот Th и Rh , т. е. фактически угла скольжения, при 0Q  коэффициент диффузного рассеяния име- ет конечное значение. Из результатов работы [2] видно, что некогерентная компонента не исчезает даже при угле скольжения, равном нулю, и нуле- вых высотах корреспондирующих пунктов. Этот вывод является принципиально важным, так как он означает присутствие влияния неровной поверхно- сти, в частности, морской на флуктуации ампли- туд, фаз и направлений прихода сигналов во всей области углов скольжения. На это обстоятельство на основании экспериментальных данных указы- валось ранее в ряде работ, в частности [11-13]. Более детальную информацию о вкладе в суммарное поле и обе его компоненты разных частей трассы можно получить из зависимостей этих характеристик для одиночного экрана в функции его положения на трассе. Результаты соответствующего расчета для симметричной трассы при T Rh h  7 м, D  2,5 м, T Rd d  26 м, d  25 м для   1 см и двух значений СКО высоты экранов равных 0,05 м (малые неровности) и  =0,2 м (большие неров- ности) приведены на рис. 6 а, б. На них кривые 1 показывают распределение по дистанции полной мощности переизлучения каждого экрана P , пронормированной на ее значение для экрана в центре трассы. Кривые 2, и 3 представляют долю в переизлучении каждого экрана мощностей ко- герентной cP и некогерентной dP компонент соответственно, полученных при усреднении по 100 независимым значениям высоты экрана. По оси абсцисс отложены отношения текущей даль- ности к протяженности трассы, т. е. xX D  . Из графиков видно уже отмеченные ра- нее свойства: в когерентную компоненту вклад могут вносить только переизлучатели, близкие к точке стационарной фазы (при симметричной трассе это ее середина), а в некогерентную - рас- положенные ближе к концам. Рост СКО высот экранов приводит к соответствующему возраста- нию некогерентной части переизлучения каждым экраном. Бимодальная зависимость мощности некогерентной составляющей от положения на трассе сохраняется, как показали расчеты, до зна- чений параметра 0,2Q  . Для сравнения на рис. 7 показана зависимость относительного вклада в суммарную среднюю мощность участков шероховатой поверхности в разных частях трассы работы [4] в приближении МКП. Аналогичные зависимости приводятся в [4, 6] и других работах, использующих различные модификации МКП. Как видно из ее сравнения с кривыми рис. 6, ди- фракционная модель и МКП приводят к сущест- венно отличающимся зависимостям распределе- ния по дистанции интенсивности переизлучения: при дифракционной модели в области примени- мости лучевого представления переизлучение Pd 0 0.04 0.08 0.12 0.16 Q 0 0.1 0.2 0.3 , , , , , , , 1 4 3 3 В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Множитель ослабления радиоволн… _________________________________________________________________________________________________________________ 183 сравнительно равномерно распределено по дис- танции с максимумом в точке стационарной фа- зы, а при применении МКП доминирует вклад концевых участков. а) б) Рис. 6. Зависимость характеристик поля для одиночного экра- на при:  =0,05 м - (а);  =0,2 м - (б); 1 - полная мощность переизлученного поля; 2 - мощность когерентной компоненты поля; 3 - мощность некогерентной компоненты поля При сравнении приводимых на рис. 6 и 7 графиков следует иметь в виду, что кривая рис. 7 соответствует случаю, когда параметр 1Q  , т. е. когерентная составляющая отсутствует; в рамках приближения МКП работ [3-6] получить оценки для более общего случая, когда присутствуют обе компоненты, не представляется возможным. Рис. 7. Зависимость относительного вклада в суммарную среднюю мощность участков шероховатой поверхности в разных частях трассы Однако, исходя из физики рассеяния ра- диоволн неровными поверхностями, в частности, из оценок, приводимых в работе [1], по мере при- ближения к концам трассы, сопровождающегося возрастанием углов скольжения и перемещением освещенной области с гребней волн на склоны, где локальные радиусы кривизны поверхности больше чем на гребнях волн, будет происходить постепенная смена механизма переизлучения. Как видно из результатов работ [3, 14], вначале дифракция на полуплоскости сменяется дифрак- цией на закругленном клине, а при дальнейшем росте угла скольжения - отражением от выпуклой (цилиндрической или эллипсоидальной) поверх- ности. Если при дифракции на полуплоскости согласно [3, 7, 8] амплитуда переизлученной вол- ны обратно пропорциональна углу дифракции  , что и обуславливает быстрое спадание интенсив- ности переизлучения при приближении к концам трассы (см. рис. 6), то при отражении от цилинд- рической поверхности амплитуда этой волны на- оборот возрастает с увеличением  . Это означа- ет, что в переходной области, когда углы сколь- жения оказываются порядка эффективного значе- ния наклонов неровностей, распределения мощ- ности переизлучения по дистанции будут иметь промежуточный характер, изменяясь от вида кри- вых 1 рис. 6 при эф  до вида кривой рис. 7 при эф  (здесь  - угол скольжения по от- ношению к средней плотности поверхности раз- дела; эф - эффективное значение угла наклона неровностей). Н о р м и р о в а н н а я д а л ь н о с т ь 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 P , P d , P c , , , , , , , , 3 1 2 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 Н о р м и р о в а н н а я д а л ь н о с т ь 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 P , P d , P c , , , , , , , , 2 3 1 Н о р м и р о в а н н а я д а л ь н о с т ь 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0 5 10 15 20 25 I , , , , , В. Б. Разсказовский, Ю. Ф. Логвинов / Множитель ослабления радиоволн… _________________________________________________________________________________________________________________ 184 Выводы. В целом можно отметить, что в области углов гр  дифракцию на последова- тельности экранов можно заменить более эффек- тивным с точки зрения вычислительных затрат асимптотическим представлением интеграла Френеля и результирующее поле представлять как сумму полей свободного пространства и эле- ментарных вторичных излучателей в виде линей- ных границ экранов. В такой модели, как и в фацетной, основ- ной вклад в когерентную компоненту поля вносит участок трассы, соответствующий первой зоне Френеля, а в диффузную компоненту - концевые участки трассы. Однако принципиальным отли- чием от фацетной модели является то, что неко- герентная компонента не исчезает даже при нуле- вых углах скольжения. Следующим отличием является то, что при дифракционной модели в области применимости лучевого представления интенсивность поля, переизлученного подсти- лающей поверхностью, сравнительно равномерно распределена по дистанции с максимумом в точке стационарной фазы, при применении же МКП - интенсивность поля в основном формируется концевыми участками. Рост СКО морских волн приводит к перераспределению переизлучаемой мощности: когерентная компонента уменьшается, а диффузная - возрастает. 1. Логвинов Ю. Ф., Педенко Ю. А., Разсказовский В. Б. Ди- фракционная модель многолучевого распространения над неровной поверхностью при малых углах скольжения // Изв. вузов. Радиофизика - 1996. - 39, №5. - С.547-558. 2. Разсказовский В. Б., Логвинов Ю. Ф. Множитель ослабле- ния радиоволн при распространении над морем под ма- лыми углами скольжения: модель многократной дифрак- ции // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т ра- диофизики и электрон. НАН Украины, 2007. - 12, №1. - С.168-176. 3. Фейнберг Е. Л. Распространение радиоволн вдоль земной поверхности. - М.: Изд. АН СССР, 1961. - 546 с. 4. Басс Ф. Г., Фукс И. М. Рассеяние волн на статистически неровной поверхности. - М.: Наука, 1972. - 424 с. 5. Beckman P., Spizzicgino A. The Scattering of Electromagnetic Waves from Rough Surfaces. - London: Pergamon Press, 1963. - 303 p. 6. Barton D. K. Low-altitude tracing over rough surface. - 1 Theoretical Prediction // “EASCON’79 Rec., Arlington, Va, 1978”, N.Y. - 1979. - P.224-234. 7. Уфимцев П. Я. Метод краевых волн в физической теории дифракции. - М.: Сов.радио, 1962. - 243 с. 8. Konyoumjian R. G., Pothak P. H. A Uniform Geometrical Theory of Diffraction for an Edge in a Perfectly Conduction Surface // Proc. Of IEEE. - 1974, - 62, №11. - P.448-461. 9. Радиолокационные характеристики летательных аппара- тов / М. Е. Варганов, Ю. С. Зиновьев, Л. Ю. Астанин и др.; под ред. Л. Т. Тучкова. - М.: Радио и связь, 1985. - 236 с. 10. Кириченко В. А., Логвинов Ю. Ф. Статистические характе- ристики освещенных вершин морских волн для симмет- ричных трасс при наблюдении под малыми углами сколь- жения // Радиофизика и электроника. - Харьков: Ин-т ра- диофизики и электрон. НАН Украины, 2006. - 11, №1. - С.46-54. 11. Экспериментальные исследования влияния неоднородной трассы на точность пеленгования / И. Д. Гонтарь, Ф. В. Кивва, В. Б. Разсказовский и др. - Сб. научн. трудов НАН Украины, ИРЭ им. А. Я. Усикова, Харьков, 2006. - 11, №2. - С.222-228. 12. Разсказовский В. Б., Величко А. Ф. Статистические харак- теристики ошибок пеленгования на коротких наземных трассах // Изв.вузов. Радиоэлектроника. - 1999. - 42, №4. - С.25-34. 13. Балан М. Г., Беспечный С. Б., Горбач Н. В. и др. Статисти- ческие характеристики поля сантиметровых и миллимет- ровых радиоволн над поверхностью моря // Изв.вузов. Ра- диофизика - 1982, - 25, №11. С.1260-1268. 14. Dougherly N. T., Maloncy L. J. Application of Diffraction by Convex Surfaces to Irregular Terrain Situations // Radio Science. - 1964. - 68D, №2. - P.239-249. MICROWAVE PROPAGATION FACTOR AT SMALL GRAZING ANGLE OVER SEA: TRANSIENT REGION V. B. Razskazovskyy, Yu. F. Logvinov The peculiarities of the field of centimeter and millimeter radio waves over rough see surface are investigated in the transition region of small grazing angle, it is below than which necessary to use the model of multiple knife-edge diffraction on the wave crest, and higher Kirchgoff method is applicable. It is shown that multipath propagation of radio wave is applicable in it, the properties of coherent and uncoherent component of the field forward scattering as function geometry of radio path and sea state is analized. Key words: diffraction, sea surface, low grazing angles. МНОЖНИК ОСЛАБЛЕННЯ РАДІОХВИЛЬ ПРИ ПОШИРЕННІ НАД МОРЕМ ПІД МАЛИМИ КУТАМИ КОВЗАННЯ: ПЕРЕХІДНА ЗОНА В. Б. Разсказовський, Ю. Ф. Логвінов Досліджено особливості поля сантиметрових і мілі- метрових радіохвиль над поверхнею моря в перехідній області кутів ковзання, нижче якої необхідно користуватися моделлю багаторазової дифракції Френеля на гребенях хвиль, а вище - наближенням Кирхгофа. Показано, що в ній можна застосову- вати багатопроменеве представлення поширення радіохвиль, проаналізовані особливості залежності когерентної і некоге- рентної компонент розсіяного "уперед" поля від геометрії траси і параметрів морського хвилювання. Ключові слова: дифракція, морська поверхня, малі кути ковзання. Рукопись поступила 18 октября 2006 г.
id	nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-10834
institution	Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine
issn	1028-821X
language	Russian
last_indexed	2025-12-07T16:31:30Z
publishDate	2007
publisher	Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України
record_format	dspace
spelling	Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф. 2010-08-09T08:51:22Z 2010-08-09T08:51:22Z 2007 Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона / В.Б. Разсказовский, Ю.Ф. Логвинов // Радіофізика та електроніка. — 2007. — Т. 12, № 1. — С. 177-184. — Бібліогр.: 14 назв. — рос. 1028-821X https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10834 621.371(260).029.65 Исследованы особенности поля сантиметровых и миллиметровых радиоволн над поверхностью моря в переходной области углов скольжения, ниже которой необходимо пользоваться моделью многократной дифракции Френеля на гребнях волн, а выше - приближением Кирхгофа. Показано, что в такой модели применимо многолучевое представление распространения радиоволн, проанализированы особенности зависимости когерентной и некогерентной компонент рассеянного "вперед" поля от геометрии трассы и параметров морского волнения. Досліджено особливості поля сантиметрових і міліметрових радіохвиль над поверхнею моря в перехідній області кутів ковзання, нижче якої необхідно користуватися моделлю багаторазової дифракції Френеля на гребенях хвиль, а вище - наближенням Кирхгофа. Показано, що в ній можна застосовувати багатопроменеве представлення поширення радіохвиль, проаналізовані особливості залежності когерентної і некогерентної компонент розсіяного "уперед" поля від геометрії траси і параметрів морського хвилювання. The peculiarities of the field of centimeter and millimeter radio waves over rough see surface are investigated in the transition region of small grazing angle, it is below than which necessary to use the model of multiple knife-edge diffraction on the wave crest, and higher Kirchgoff method is applicable. It is shown that multipath propagation of radio wave is applicable in it, the properties of coherent and uncoherent component of the field forward scattering as function geometry of radio path and sea state is analized. ru Інститут радіофізики і електроніки ім. А.Я. Усикова НАН України Распространение и рассеяние волн Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона Множник ослаблення радіохвиль при поширенні над морем під малими кутами ковзання: перехідна зона Microwave propagation factor at small grazing angle over sea: transient region Article published earlier
spellingShingle	Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона Разсказовский, В.Б. Логвинов, Ю.Ф. Распространение и рассеяние волн
title	Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона
title_alt	Множник ослаблення радіохвиль при поширенні над морем під малими кутами ковзання: перехідна зона Microwave propagation factor at small grazing angle over sea: transient region
title_full	Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона
title_fullStr	Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона
title_full_unstemmed	Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона
title_short	Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона
title_sort	множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона
topic	Распространение и рассеяние волн
topic_facet	Распространение и рассеяние волн
url	https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/10834
work_keys_str_mv	AT razskazovskiivb množitelʹoslableniâradiovolnprirasprostraneniinadmorempodmalymiuglamiskolʹženiâperehodnaâzona AT logvinovûf množitelʹoslableniâradiovolnprirasprostraneniinadmorempodmalymiuglamiskolʹženiâperehodnaâzona AT razskazovskiivb množnikoslablennâradíohvilʹpripoširennínadmorempídmalimikutamikovzannâperehídnazona AT logvinovûf množnikoslablennâradíohvilʹpripoširennínadmorempídmalimikutamikovzannâperehídnazona AT razskazovskiivb microwavepropagationfactoratsmallgrazingangleoverseatransientregion AT logvinovûf microwavepropagationfactoratsmallgrazingangleoverseatransientregion

Множитель ослабления радиоволн при распространении над морем под малыми углами скольжения: переходная зона

Репозитарії

Схожі ресурси