Справочник по радиолокации (ред. Сколник М. И.) т. 4 - 1978 г. (1151803), страница 66
Текст из файла (страница 66)
8.2. Радиометрические сигналы Точечные н распределенные источники. Применение понятия точечного источника, которое так важно при рассмотрении когерентных излучателей, в раднометрни не столь полезно. Площадь источника нли цели Аэ явно входит в основное соотношение (9а), так как телесный угол источника равен 260 Используя выражения, входящие в уравнения (3), (5) и (6), можно записать температуру антенны как функцию от яркостной температуры удаленного нсточника: 8.2 Ридиоиетрические сигнилы (!0) Для квазиточечных источников, когда ь)в~йд, можно фиксировать только произведение ьгвув. Для заполненного луча при ()в>()л радиометрический сигнал (или разность антенных температур) ЬТ* пропорционален разности яркостных температур цели и фона бт =Т вЂ” Т„, Разность температур (или контрастность), наблюдаемая для распределенных источников, зависит от трех основных факторов: !) действительной разности температур; 2) относительных излучательиой и отражательной способностей; 3) атмосферного поглощения.
У00000 ас ф ь В, ь У0000 ь чц гг $ ь У000 раглгглга, Гуи 80 у0 УгнЕ0нн ур унн им 800нан у0 унан Дгана 0алнгг Рис. 1. Результаты наблюдений яркостной темпервтуры Солнца. Приведены доверительные интервалы для каждого зксперимеитвлыюго измерения. Сплошные линии соответствуют вычислениям нв основе теоретических молелее солнеч- ного излучения, предложвнных Алленом и Вин де Хвлстом.
Действительная разность температур относительно мала для всех тепловых источников, заполняющих достаточно большой телесный угол, за исключением Солгща На рис, ! показано распределение яркостной температуры Солнца в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн. Наличие частотной зависимости указывает на нетепловую природу радиоизлучения Солнца. Только для очень немногих земных объектов (очень горячих источников, таких кан факел двигателя ракеты или факел пламени в печи с дутьем) характерна значительная разность температур объекта н окружающей среды. Для всех остальных объектов основной вклад в ЬТ* обеспечивают собственное излучение объекта и отраженное излучение других источников.
28! Гл. В. Пассиаиыв системы ус Относительные излучательиая в отражательная способности. Электромагнитные теЯ свойства поверхности можно охарактеризовать с помощью набора коэффициентов У рассеяния [3[. Так нак рассеивающие свойства можно измерять непосредственно, то ! 5 их связь с основным радиометричесннм коэффициентом излучения представляет большой интерес. Этот коэффициент -$ ц з в общем случае не удается определить путем измерений характеристик излучения или поглощении.
Нз рис, 2 показан рне. з. геонетрня рнеееннн» нз- элемент поверхности с площадью Я, з так. ну«енин не участке ноееркноетн. же падаюпгее и рассеянное кзлучеине с интенсивностями !е в 1, соответственно. Коэффициент рассеяния можно записать в виде 4и)!з 1, у(О, з)= ' созйе, («3 (12) где у(О,У) у(0, тр,*, О, ф,). По свойству взаимности коэффициенты рассеяния для комбинаций арто. гональных поляризаций (Ь, р) связаны соотношением со50 ум (О,з) =со50„уги (О,з), Ат=(4п) т~ [уы(0, з)[-уг)(0, з)[ т(()е (13) где! Аилирн! Рилий. Для толстых поверхностей, в которых не провсходит передачи энергии через поверхность, для коэффициента поглощения ат должно выполняться со- отношение а;=1 — А!.
(!4] Для зеркального отражения (!4) можно переписать, используя козффи. циент отражения Френеля [ттт,[т' от=! — ! ((! !т, (16) По закону Кирхгофа коэффициент излучения вт равен коэффициенту поглощения (16) з! а!. Величины ет и ат разны единице длч черного тела и нулю для илеального отражателя. Промежуточные значения характерны для так называемых «серыхн излучателей, Излучательные характеристики тела зависят от шероховатости поверхности и свойств материала. Для гладких поверхностей при определении излучательной способности по уравнениям (15) и (!6) можно нспользо- 252 где 1, ! есть либо и, либо Ь, Рассеянная часть падающего излучения определяется как альбедо (коэффициент диффузного отражения) А В.2. Радиометрлческие сигналы вать коэффициент Френеля.
В этом случае излучение приблизительно пропорционально проекции излучающей поверхности на плоскость, перпендикулярную направлению наблюдения (закон Ламберта) е = зо соз Оа. (! 7) В случае шероховатых поверхностей для оценки излучательной способности можно использовать характеристики рассеяния.
Наиболее простое выражение, хорошо совпадающее с экспериментальными результатами, имеет внд [4! уг (!+ соз Ог ) (18) где уз оценивается по результатам изучении обратного рассеяния (Оз-8,=0). В этом случае излучение уо ! е 1 — — ~ !+ — зес Ое) ° 4 ) 2 (19) Большинство поверхностей одновременно бывают гладкими н шероховатыми и, следовательно, для полного их описания необходимо использовать комбинацию уравнений (!7) и (19). Атмосферное излучение н поглощение. Температура атмосферного излучения, наблюдаемого прн некотором угле падения О, определяется соотно- шением (20) Коэффициент ослабления и и температура Т изменяются вдоль пути 1.
В диапазоне миллиметровых волн иа величину и влияют концентрация водяных паров и температура, а в диапазоне сантиметровых волн (л>1 см) радиоустройства могут работать при наличии облаков и дождя, ио в этом случае и зависит от содержания жидкой воды в атмосфере. В случае гладкой поверхности излучение, характеризуемое температурой Т,к „, претерпевает зеркальное отражение Для диффузной поверхности отраженное излучение имеет среднюю температуру, которая в соответствии с (17) и (20) равна Тз„е и-' [ ') Т, аз(пОсозВЫВйр. б о (21) Результаты вычислений по формулам (20) и (21) показаны на рис, 3— б [б].
Модель плоской поверхности Земли, покрытой однородным слоем атмосферы, обеспечивает хорошую аппроксимацию результатов вычислений Т,ч и. В втой модели Т„,, Т,— [Т,-Т,)- в, (22а ) 1 .к„а=~ — —,) з, (22б) 253 где Тз — температура в зените (О О); Т, 290 К. Используя выражение для суммарных потерь на трассе распространения (., запишем Гл. 8. Г)иссивные системы аде Е-еак Для средних высот Ь(8 км, а( 0,23айзесб.
При вычислениях (см. рис. 3 — б) хорошую аппроксимацию уравнения (21) обеспечивает выражение Тзпу лги Тм у в !в (22в) уйсг ф м у28 88 $ ьм угу Фзг ю юсг агап пмуапап, Мд Рис. 3. Зпввсиместе температуры пеев пт угла пвдеипя в условиях хорошей погоды. Модель плоской Земли является также базой для вычислений поглощения е атмосфере, если использовать в качестве источника Солнце (Т,) (б, 71 В этом случае температура антенны Тл для разлвчных зенитных углов Соли.
ца 3 равна Тл Тз е — т„тес З (23) Т Тл Те ) — ) Е) Е (24) В соответствии с уравнением (23) график зависимости величины (ойТп от вес 9 должен иметь внд прямой с наклоном те, равным общему поглощению в атмо. сфере прн 0-0. Кривые для измерений, проведенных прн различных условиях поглощения, должны иметь общую точку пересечения при вес О 0; это значение характеризует температуру Солнца в отсутствие поглощения в атмосфере. Если атмосферные условия меняются при изменении О вследствие перемещения Солнца, то результаты измерений не ложатся на прямую линию и метод дает неверные результаты. Лля удаленного источника, такого как Солнце, наблюдаемая на земной поверхности яркостная температура равна 8.2.
Радпометрипесянп сигналы Вклад космических шумов в температуру неба приближенно определяется со- отношением Т.х,(То, соответствующим )са в метрах; в данном случае эта вели- чина пренебрежимо мела (81 88 88 Зд, дд 88 Угол падания, гдид Рпс. 4. Эаанснмоста температуры неба от угла надеина прн облачности. Шероховатые н гладкие излучатели. Для антенны, расположенной на высоте Ь над поверхностью Земли, и направленной на элемент поверхности (причем этот элемент полностью заполняет луч) наблюдаемая яркостная температура цели Тт равна (25) где о тесн о Т, — температура поверхности; Т,— средняя температура на трассе между поверхностью и антенной; Техт — — Тента или Тима в зависимости от шероховатасти поверхности.
Характерные значения излучательной способности различных аидов поверхностей приведены в табл. 2. 255 гдд ф ~~ Удд 4 У'д .Т, (( — ) То„у Т,=(( — — ) Т,+ — '+ Гл. В. Пасспеиые системы Таблица 2 Излучательиаи способность некоторых объектов н сантиметровом диапазоне волн Щ Впд объоьга сгу сдд в~ ь ~~ Удд ьп У2д Уд бд дд Вд Удд Угд дуол я удгяия, град Рнс. 6. Зависимость температуры неба от угла падения при облачности в вожде. 256 8.2, Радиометрические сигналы Р,г 1О 7Р РР Р~у РР РР РР од Утгд пгдрнаг,град Рис.
Е. Результаты вмчислений нзлучательной способности почвы ( — 1 н измерений ( — — — 1: х (,з см; а — глубина слов сухой почвы нал слоем влажной почвы. Зависимость излучательной способности от углов для различных материалов приведены на рис. 6. Наибольшую информвцию несут измерения, определяющие контраст нли разность яркостной температуры ЬТт для различных целей В наиболее общем случае прн измерениях влияния атмосферы сравнивают гладкую (Т,ев) и шероховатую или диффузную (Тж ес] цель 1 ватт=((ее те — ва тг)+(1 — е() тзв в — (1 — еа) тзв д ] — (26) Даже прн отсутствии какой-либо разности тепловых температур различных объектов наблюдаемая разность яркостей может быть значительной.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
