Диссертация (1097736), страница 35

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 35)

Òîãäà àìïëèòóäà âîëíû íåêîòîðîé ÷àñòîòû ω1 , îòðàæåííîé îò ïîâåðõíîñòèíåáåñíîãî òåëà è ïðèíÿòîé ðàäèîëîêàòîðîì, çàïèñûâàåòñÿ â âèäå()(x1 − x3 )2x21y12exp 2ik1 z1 − 2ikh(x1 , y1 ) + ik1+ ik1 + ik1dx1 dy1 dx3z1RR(4.83)ãäå z1 âûñîòà êîñìè÷åñêîãî àïïàðàòà íàä ïîâåðõíîñòüþ Ãàíèìåäà, k1 = ω1 /c âîëíîâîå ÷èñëî èçëó÷åíèÿ äàííîé ÷àñòîòû â âàêóóìå, x1 è y1 äåêàðòîâû êîîðäèíàòû â ïëîñêîñòè, êàñàòåëüíîé ê ñôåðè÷åñêîé ñðåäíåé ïîâåðõíîñòè Ãàíèìåäàâ ïîäñïóòíèêîâîé òî÷êå, ñîîòâåòñòâóþùåé ñåðåäèíå ñèíòåòè÷åñêîé àïåðòóðû, x3 êîîðäèíàòà êîñìè÷åñêîãî àïïàðàòà âäîëü òðàåêòîðèè ïîëåòà (ïðèáëèæåííîñ÷èòàåòñÿ ãîðèçîíòàëüíîé â íàïðàâëåíèè îñè x). Âûðàæåíèå äëÿ êîìïëåêñíîéàìïëèòóäû ïðèíÿòîãî ñèãíàëà íà ÷àñòîòå ω2 çàïèñûâàåòñÿ àíàëîãè÷íî (4.83).Äâóõ÷àñòîòíàÿ ôóíêöèÿ êîãåðåíòíîñòè âûðàæàåòñÿ ÷åðåç ïðîèçâåäåíèå êîìïëåêñíûõ àìïëèòóäk1E1 =2πiz1∫k1 k2 1Γω1 ω2 = ⟨E1 E2∗ ⟩ = 4π2 z 2 πL2 ⟨exp(−2ikh(x1 , y1 ) + 2ikh(x2 , y2 ))⟩1∫22223)4)exp 2i(k1 − k2 )z1 + ik1 (x1 −x− ik2 (x2 −x+ ik1 xR1 + ik1 yR1z1z1222(x2 −x4 )23)−ik2 xR2 + ik2 yR1 − (x1 −x−)dx1 dx2 dx3 dx4 dy1 dy2 .2LL2(4.84)Ïðîèçâîäÿ óñðåäíåíèå, ïîëó÷àåì∫Γω1 ω2 = ⟨E1 E2∗ ⟩ =k1 k2 14π 2 z12 πL22(x2 −x4 )2x21y123)exp(2i(k1 − k2 )z1 + ik1 (x1 −x−ik+ik+ik211z1z1RR(x1 −x3 )2(x2 −x4 )2x22y12<ϕ21 >+<ϕ22 >−2<ϕ1 ϕ2 >−ik2 R + ik2 R − L2 − L2 −2dx1 dx2 dx3 dx4 dy1 dy2 , ,(4.85)ãäå ϕ1 = 2k1 h(x1 , y1 ) è ϕ2 = 2k2 h(x2 , y2 ) ñëó÷àéíûå ôàçû, ñîîòâåòñòâóþùèåìåñòíûì âûñîòàì ðåëüåôà ïîâåðõíîñòè â òî÷êàõ x1 , y1 è x2 , y2 ñîîòâåòñòâåííî.240Ïðè ãàóññîâûõ ôóíêöèÿõ êîððåëÿöèè âûñîò ðåëüåôà()(x1 − x2 )2 (y1 − y2 )2< h(x1 , y1 )h(x2 , y2 ) >=< h > exp −−r02r02(4.86)2è ñîîòâåòñòâåííî ãàóññîâûõ êîððåëÿöèîííûõ ôóíêöèÿõ ñëó÷àéíîé ôàçû()(x1 − x2 )2 (y1 − y2 )2< ϕ1 ϕ2 ) >= 4k1 k2 < h > exp −−r02r02(4.87)2âûðàæåíèå äëÿ äâóõ÷àñòîòíîé êîððåëÿöèîííîé ôóíêöèè Γ ìîæåò áûòü ðàçëîæåíî â ñòåïåííîé ðÿä ïî ïàðàìåòðó β = 2k1 k2 < h2 >∞∑n=0x22−ik2 R +βnn!∫Γω1 ω2 = ⟨E1 E2∗ ⟩ =k1 k2 1 −βe4π 2 z12 πL23)4)exp(2i(k1 − k2 )z1 + ik1 (x1 −x− ik2 (x2 −x+ ik1 xR1 + ik1 yR1z1z122ik2 yR1 −(x1 −x3 )2L2−(x2 −x4 )2L2−n(x1 −x2 )2r022−22n(y1 −y2 )2)dx1 dx2 dx3 dx4 dy1 dy2 ,r02(4.88)Èíòåãðèðîâàíèå â (4.88) ïðèâîäèò ê êîìïàêòíîìó âûðàæåíèþ äëÿ îáùåãî÷ëåíà ðÿäà (4.10), ãäå ìàòðèöà Aij èìååò âèä− ikR1 − n − r02 ik1 z1Aij = 000ik1z1+nr02− rn20ik2R +0− ikz1200ik1z1ik2z1+nr0201L2000−ik1z10− ikz120ik2z1 +001L20000− ikR1 −− rn20ik1z1+nr020000− rn20ik2R +ik2z1.+nr02(4.89)Èñïîëüçóÿ ôîðìóëû ðàçäåëà 4.1, ïîëó÷àåì ðàñ÷åòíûå ôîðìóëû äëÿ èñêîìîéôóíêöèè êîãåðåíòíîñòè â âèäå ñóììû ÷ëåíîâ ðÿäà âèäà (4.10).

Îáëàñòü ñïðàâåäëèâîñòè çàïèñàííûõ çäåñü âûðàæåíèé îãðàíè÷åíà ñíèçó ïî ÷àñòîòå óñëîâèåìïðèìåíèìîñòè ìåòîäà ïëàâíûõ âîçìóùåíèé λ < r0 (äëèíà âîëíû íå ïðåâûøàåòõàðàêòåðíîãî ðàçìåðà íåîäíîðîäíîñòåé ñðåäû), à ñâåðõó ïðàêòè÷åñêîé ñõîäèìîñòüþ ñóììèðóåìûõ ðÿäîâ. Ðåçóëüòàòû ðàñ÷åòîâ â óêàçàííîé îáëàñòè ÷àñòîòíîãî ñïåêòðà ïîêàçàíû íà ðèñ. 4.32. Óðîâåíü êàëèáðîâêè èíòåíñèâíîñòè 0äÁ ñîîòâåòñòâóåò èíòåíñèâíîñòè îòðàæåíèÿ íåèñêàæåííîãî Ë×Ì ñèãíàëà îòèäåàëüíîé îòðàæàþùåé ïëîñêîñòè â ïîäñïóòíèêîâîé òî÷êå Ãàíèìåäà áåç ó÷åòàîêîííûõ è äðóãèõ ïîòåðü ïðè ÷èñëåííîé îáðàáîòêå Ë×Ì ñèãíàëà [248].

 ðàñ÷åòàõ èñïîëüçóåòñÿ îêíî Õýííèíãà, äëèíà ñèíòåçèðîâàííîé àïåðòóðû ïðèíÿòà241ðàâíîé îïòèìàëüíîé äëÿ íåôîêóñèðîâàííîãî àïåðòóðíîãî ñèíòåçà (ïîëîâèíàðàçìåðà çîíû Ôðåíåëÿ).Ïðè ýòîì, èç-çà áîëüøîãî ðàçëè÷èÿ äèýëåêòðè÷åñêèõ ïðîíèöàåìîñòåé ëüäàè æèäêîé âîäû êîýôôèöèåíò îòðàæåíèÿ îò ïîâåðõíîñòè îêåàíà ïðèáëèçèòåëüíî ðàâåí åäèíèöå. Òàêèì îáðàçîì, îñíîâíûìè èñòî÷íèêàìè íåîïðåäåëåííîñòèâ ïðèíÿòîé ìîäåëè ÿâëÿþòñÿ øåðîõîâàòîñòü ïîäîøâû ëåäÿíîãî ñëîÿ è ïîãëîùåíèå âîëí â òîëùå ëüäà.

Îáà ýòèõ ôàêòîðà â íàñòîÿùåé ðàáîòå íå ó÷òåíû.Ñëåäîâàòåëüíî, ïðåäëàãàåìûé çäåñü ñöåíàðèé ìîæíî ðàññìàòðèâàòü êàê íàèáîëåå îïòèìèñòè÷íûé âàðèàíò ñ òî÷êè çðåíèÿ ïåðñïåêòèâû îáíàðóæåíèÿ îêåàíà ìåòîäîì ãëóáèííîé ðàäèîëîêàöèè. Ñîãëàñíî ðåçóëüòàòàì ìîäåëèðîâàíèÿ,ïðåäïî÷òèòåëüíûì ÿâëÿåòñÿ çîíäèðîâàíèå ñ ìàëûõ âûñîò íà íèçêèõ ÷àñòîòàõ.P , дБf0=400 кГц r0 =1420 м hrms = 383 м2004006008001000t, мкс120014001020304050607080Ðèñ. 4.32: Ïîâåðõíîñòíîå è ïîäïîâåðõíîñòíîå îòðàæåíèå Ë×Ì ñèãíàëà ïðè ãëóáèííîé ðàäèîëîêàöèè Ãàíèìåäà.

Ñðåäíÿÿ ÷àñòîòà Ë×Ì ñèãíàëà 400 êÃö, øèðèíà ïîëîñû Ë×Ì 200 êÃö. Æèðíàÿ, òîíêàÿ è øòðèõîâàÿ êðèâûå âûñîòàêîñìè÷åñêîãî àïïàðàòà 16, 128 è 1024 êì ñîîòâåòñòâåííî. Òîíêàÿ ïóíêòèðíàÿêðèâàÿ íåèñêàæåííûé ïðîôèëü Ë×Ì ñèãíàëà. Ïàðàìåòðû ðåëüåôà ïîâåðõíîñòè: r0 = 1420 ì, hrms = 383 ì ñîîòâåòñòâóþò òàê íàçûâàåìûì ÿðêèì ëàíäøàôòàì ïîâåðõíîñòè Ãàíèìåäà (ïî äàííûì ñúåìêè ñ êîñìè÷åñêîãî àïïàðàòàVoyager [300]).242Ãëàâà 5Âëèÿíèå ïðîñòðàíñòâåííîéñòðóêòóðû îñàäêîâ íàïîëÿðèçàöèîííûåõàðàêòåðèñòèêè óõîäÿùåãîìèêðîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿàòìîñôåðû.Ìíîãèå ïðèðîäíûå ñðåäû ñîñòîÿò èç íåñôåðè÷åñêèõ ÷àñòèö, ïîëíîñòüþ èëè ÷àñòè÷íî îðèåíòèðîâàííûõ â ïðîñòðàíñòâå, è âñëåäñòâèå ýòîãî îáëàäàþò äèõðîèçìîì.

Ïåðåíîñ ïîëÿðèçîâàííîãî èçëó÷åíèÿ â òàêèõ ñðåäàõ ïîä÷èíÿåòñÿ íåñêîëüêî áîëåå ñëîæíîìó óðàâíåíèþ ïî ñðàâíåíèþ ñ èçîòðîïíîé ðàññåèâàþùåé ñðåäîé.  íàñòîÿùåé ãëàâå îáñóæäàþòñÿ âîïðîñû ôîðìèðîâàíèÿ è ðåãèñòðàöèèïðîñòðàíñòâåííîãî è óãëîâîãî ðàñïðåäåëåíèÿ òåïëîâîãî ðàäèîèçëó÷åíèÿ äîæäåâûõ îñàäêîâ â ìèêðîâîëíîâîì äèàïàçîíå. Ïðîâîäèòñÿ ÷èñëåííîå ìîäåëèðîâàíèå ïåðåíîñà òåïëîâîãî ðàäèîèçëó÷åíèÿ â òðåõìåðíîé äîæäåâîé ÿ÷åéêå ïðèðàçëè÷íîé èíòåíñèâíîñòè îñàäêîâ ñ ó÷åòîì íåñôåðè÷åñêîé ôîðìû ïàäàþùèõäîæäåâûõ êàïåëü è ðàñïðåäåëåíèÿ èõ ïî ðàçìåðàì. Ïîêàçàíà îïðåäåëÿþùàÿðîëü òðåõìåðíîé íåîäíîðîäíîñòè ïîëåé äîæäåâûõ îñàäêîâ â ôîðìèðîâàíèè ïîëÿ èõ ñîáñòâåííîãî òåïëîâîãî ðàäèîèçëó÷åíèÿ â ìèêðîâîëíîâîì äèàïàçîíå.243космичейскиаппаратмикроволновойрадиометрдиагра м ма нап ра вленностиоблакодождеваяячейкаподлстиающпаяовенрхостьÐèñ.

5.1: Ìèêðîâîëíîâàÿ ðàäèîìåòðèÿ äîæäåâûõ îñàäêîâ èç êîñìîñà (ñõåìà ýêñïåðèìåíòà).5.1 Ïàññèâíîå ðàäèîìåòðè÷åñêîå çîíäèðîâàíèåäîæäåâûõ îñàäêîâ â ìèêðîâîëíîâîì äèàïàçîíå äëèí âîëí.Èññëåäîâàíèå îñàäêîâ ñ èñïîëüçîâàíèåì äàííûõ êîñìè÷åñêèõ íàáëþäåíèé (ðèñ.5.1) îäíà èç âàæíûõ ïðîáëåì äèñòàíöèîííîãî çîíäèðîâàíèÿ. Âïåðâûå âîçìîæíîñòü îïðåäåëåíèÿ èíòåíñèâíîñòè äîæäÿ ïî äàííûì íàáëþäåíèé ìèêðîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ áûëà ïîêàçàíà â 1968 ã. ïî ðåçóëüòàòàì ýêñïåðèìåíòà íà ÈÑÇÊîñìîñ 243 [303]. Çîíû âûïàäåíèÿ îñàäêîâ íàä ìîðñêîé ïîâåðõíîñòüþ áûëèçàðåãèñòðèðîâàíû ïî õàðàêòåðíûì çíà÷åíèÿì ðàäèîÿðêîñòíûõ òåìïåðàòóð íàäëèíàõ âîëí 0.8, 1.35 è 3.2 ñì. Ïðè ýòîì, èíòåíñèâíîñòü âûïàäåíèÿ îñàäêîâìîæíî îïðåäåëèòü ïî èíòåíñèâíîñòè èçëó÷åíèÿ.Äàëüíåéøåå ðàçâèòèå òåõíèêè íàáëþäåíèÿ àòìîñôåðíûõ îñàäêîâ èç êîñìîñà ñâÿçàíî ñ àìåðèêàíñêèì ÈÑÇ DMSP ñ ìèêðîâîëíîâûì ðàäèîìåòðîì SSM/I[304] ñ ðàáî÷èì äèàïàçîíîì äëèí âîëí 0.35 äî 1.6 cm.

Çîíû îñàäêîâ îïðåäåëÿëèñü êàê îáëàñòè ñ ïîíèæåííîé ðàäèîÿðêîñòíîé òåìïåðàòóðîé íà äëèíå âîëíû0.35 ñì â ñâÿçè ñ óâåëè÷åíèåì àëüáåäî ïðè ìíîãîêðàòíîì ðàññåÿíèè ìèêðî244âîëí íà êðóïíûõ äîæäåâûõ êàïëÿõ. Òàêæå, â ïîñëåäíèå ãîäû äèñòàíöèîííîåçîíäèðîâàíèå àòìîñôåðíûõ îñàäêîâ ïðîâîäèëîñü íà àìåðèêàíî-ÿïîíñêîì ñïóòíèêå TRMM.  íàñòîÿùåå âðåìÿ êðóïíûé ïðîåêò GPM (Global PrecipitationMission) íàõîäèòñÿ â ñòàäèè ðàçðàáîòêè. ñâÿçè ñ ýòèìè è äðóãèìè íàïðàâëåíèÿìè èññëåäîâàíèé, â òå÷åíèå ïîñëåäíåãî âðåìåíè èíòåíñèâíî èçó÷àåòñÿ âçàèìîäåéñòâèå ìèêðîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿñ îñàäêàìè è îáëàêàìè ðàçëè÷íûõ òèïîâ [305, 306, 307, 307].

Ìíîãèå èç íèõñîñòîÿò èç ÷àñòèö íåñôåðè÷åñêîé ôîðìû, îáëàäàþùèõ ïðåèìóùåñòâåííîé îðèåíòàöèåé (ïàäàþùèå äîæäåâûå êàïëè, ñíåã è äðóãèå êðèñòàëëè÷åñêèå ÷àñòèöûëüäà). Ïî ñðàâíåíèþ ñ ìàêðîñêîïè÷åñêè èçîòðîïíûìè ñðåäàìè, â ðàñïðîñòðàíåíèè èçëó÷åíèÿ â òàêèõ ñðåäàõ îñîáåííî ñóùåñòâåííóþ ðîëü èãðàþò ïîëÿðèçàöèîííûå ýôôåêòû. Ñî÷åòàíèå ýôôåêòîâ ðàññåÿíèÿ, çíà÷èòåëüíîé ïðîñòðàíñòâåííîé íåîäíîðîäíîñòè âûïàäàþùèõ îñàäêîâ â àòìîñôåðå è â íåêîòîðîé ñòåïåíè òàêæå îòðàæàþùèõ ñâîéñòâ ïîâåðõíîñòè ïðèâîäèò ê íåîáõîäèìîñòè ðàññìîòðåíèÿ ïîëåé ìèêðîâîëíîâîãî èçëó÷åíèÿ â òðåõìåðíî-íåîäíîðîäíîé ñðåäå,îáëàäàþùåé äèõðîèçìîì.Òåîðèÿ ïåðåíîñà èçëó÷åíèÿ ïðåäîñòàâëÿåò äîñòàòî÷íî îáùóþ ôèçè÷åñêóþìîäåëü, àäåêâàòíî îïèñûâàþùóþ ïðîöåññ âçàèìîäåéñòâèÿ èçëó÷åíèÿ ñ íåîäíîðîäíûìè ñðåäàìè âåñüìà ðàçëè÷íîé ïðèðîäû, è ñîîòâåòñòâóþùèé ìàòåìàòè÷åñêèé àïïàðàò. Îäíàêî, ê íàñòîÿùåìó âðåìåíè èçâåñòíî îòíîñèòåëüíî íåáîëüøîå÷èñëî îïóáëèêîâàííûõ ðàáîò ïî ÷èñëåííîìó ðåøåíèþ âåêòîðíîãî óðàâíåíèÿïåðåíîñà èçëó÷åíèÿ â òðåõìåðíî-íåîäíîðîäíûõ àíèçîòðîïíûõ ðàññåèâàþùèõñðåäàõ [306].

Öåëüþ íàñòîÿùåé ðàáîòû ÿâëÿåòñÿ èññëåäîâàíèå èíòåíñèâíîñòè èïîëÿðèçàöèè òåïëîâîãî èçëó÷åíèÿ äîæäåâûõ îñàäêîâ, ðåãèñòðèðóåìûõ ìèêðîâîëíîâûìè ðàäèîìåòðàìè íà îðáèòàëüíûõ êîñìè÷åñêèõ àïïàðàòàõ.5.2 Ìîäåëü èçëó÷àòåëüíûõ õàðàêòåðèñòèê ñðåäû.Êîìïëåêñíàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü æèäêîé âîäû îïðåäåëÿåòñÿ ôîðìóëîé Äåáàÿ [309, 310]ε = ε0 +εs − ε0,1 + i∆λ/λ245(5.1)ãäåεs + 2,(5.2)ε0 + 2εs ñòàòè÷åñêàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü âîäû (íà ÷àñòîòàõ ν ≪ 1/τp ),ε0 ≈ 4.9 îïòè÷åñêàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü âîäû (íà ÷àñòîòàõ ν ≫1/τp ), âðåìÿ ðåëàêñàöèè [307]{ ()}273τp = exp 9.8− 0.955· 10−12 ñåê .(5.3)T + 273∆λ = 2πτpÑòàòè÷åñêàÿ äèýëåêòðè÷åñêàÿ ïðîíèöàåìîñòü âîäû îïèñûâàåòñÿ ïðèáëèæåííîéôîðìóëîé [311]εs (T ) = 88.045 − 0.4147 T + 6.295 · 10−4 T 2 + 1.075 · 10−5 T 3 .(5.4)Ãåîìåòðè÷åñêóþ ìîäåëü äîæäåâûõ êàïåëü íåñôåðè÷åñêîé ôîðìû ìîæíî íàéòè, íàïðèìåð, â [313].

Характеристики

Список файлов диссертации