Кронберг П.
Дистанционное изучение Земли: Основы и методы дистанционных исследований в геологии

Взаимодействие между радиоволнами и естественными поверхностями

4.7.2.5. Взаимодействие между радиоволнами и естественными поверхностями.
4.7.2.5.1. Общие положения

Происходящие на естественных поверхностях отражение и рассеяние радиоволн, а также их проникновение в вещество объекта съемки определяются прежде всего шероховатостью поверхности и диэлектрическими свойствами облучаемых материалов (почв, горных пород, растений, воды). Решающую роль играет также ориентировка поверхности объекта или местности по отношению к падающему радиолучу (угол визирования). К тому же процессы взаимодействия (отражение, дифракция, поверхностное и объемное рассеивание) радиолокационного излучения, падающего на один и тот же объект или поверхность, меняются в» зависимости от длины волны. Эти зависимости следует учитывать при планировании радиолокационной съемки и при тематической интерпретации РЛ-снимков.

4.7.2.5.2. К статистической природе радиосигнала

Физические параметры съемочных радиолокационных установок характеризуются частотой, поляризацией и углом облучения. Перечисленные в разд. 4.7.2.5.1 параметры обусловливают величину отраженной мощности (Рr), получаемой от объекта. Путем сравнения ее с величиной излученной мощности (Рt) можно определить рассеивающие свойства наблюдаемого объекта. Эти особенности взаимодействия обычно описываются коэффициентом рассеивания q.
Между величиной q и отношением излученной и принятой мощностей существует следующая зависимость («радиолокационное уравнение»):

Формула (доступно только при скачивании полной версии)

где первый фактор означает соотношение излученной и принятой мощностей; второй фактор – обратную величину энергии, излученной антенной с коэффициентом Gt на объект, расположенный на удалении Rt третий фактор – обратную величину коэффициента затухания на пути от объекта к антенне и последний фактор – обратную величину эффективной поверхности приемной антенны.

Приходящее от каждой облучаемой площадки радиоэхо (ср. рис. 103) составляется, как правило, из обратного рассеяния на многих центрах, каждый из которых характеризуется своим коэффициентом рассеяния qi. Коэффициенты рассеяния отдельных рассеивающих центров, располагающихся на облучаемой площадке, суммируются их общим живым сечением qT.
Общее живое сечение коэффициентов рассеяния qT одного элемента разрешения представляет собой статистическую величину. Установлено, что характеристики рассеяния природных поверхностей одного и того же типа достаточно изменчивы. Так, например, при съемке свежей пашни в пределах одного элемента разрешения неминуемо варьирует величина комков почвы, высота гребней пахоты, так же как и влажность почвы. Поэтому внутри поля или облучаемой радиолокационной системой площадки комбинируются центры рассеяния с различными свойствами. Свежая пашня принадлежит, таким образом, к статистическим рассеивателям и живое сечение коэффициентов рассеяния qTодной площадки пашни является статистической величиной. Чтобы аналитически определить характеристический коэффициент qT для объекта «пашня», следует независимо установить показатели в разных ее точках. То же относится и к поверхности горных пород, которые в пределах одного элемента разрешения радиолокационной съемки могут вследствие выветривания и тектонических преобразований иметь весьма различные свойства.
Зачастую условия внутри одной единицы поверхности могут быть весьма сложными. Так, например, внутри площадки (элемента разрешения), покрытой растительностью, встречаются растения различных видов и различных размеров, распределенные к тому же с различной густотой и с разновеликими промежутками между группами растений, где выступает поверхность почвы или горных пород. Приходящее от таких площадок радиоэхо представляет собой смешанный сигнал от различных центров рассеяния. Различные рассеивающие свойства частей отражающей площадки описываются лишь общим коэффициентом рассеяния площадки qT.
РЛ-снимки, получаемые с помощью радиолокационных систем с синтезированной апертурой, имеют тонкие и мелкие изменения фототона. Это явление (англ. speckle – крапчатость) обусловлено когерентностью радиолокационного сигнала и интерференцией отражений, исходящих от многочисленных центров рассеяния, располагающихся в пределах одной площадки. Фазы и амплитуды отраженных одним элементом разрешения сигналов к тому же несколько изменяются от импульса к импульсу. Отсюда варьирует и общее отражение пикселя. Его значение, следовательно, отличимо от постоянного отражения отдельных рассеивателей, суммированного в центр пикселя. При изменении угла облучения и его азимута изменяется и характер происходящей внутри пикселя интерференции, а с ним и интегрированное отражение пикселя. Вариации крапчатости колеблются в пределах 20 дБ. Эти существенные вариации могут быть, согласно [294], сведены до 2 дБ путем объединения значений, полученных при разных углах облучения. Крапчатость мешает интерпретации РЛ-снимков.

4.7.2.5.3. Диффузное и зеркальное отражение

Соотношение между длиной волны падающего излучения и размерами неровностей поверхности определяет диффузность или зеркальность отражения. В общем можно принять, что если шероховатости поверхности почвы, горных пород или растительности существенно меньше, чем длина волны зондирующего излучения, то оно может быть зеркально отражено в сторону от излучателя, причем угол отражения лучей будет равен углу падения. Облучаемая поверхность в этом случае воспринимается как гладкая и действует как зеркальный отражатель. Если же величина неровностей облучаемой поверхности примерно одинакова или заметно больше, чем длина волны радиолокационного сигнала, то поверхность действует как диффузный отражатель (ср. рис. 100 и 101). В экстремальном случае падающее излучение будет отражено равномерно во всех направлениях. От природных поверхностей обычно определенная часть падающей мощности радиоизлучения отражается диффузно, а другая часть – зеркально.

Рис. 100. Зеркальное и диффузное отражение радиолучей: а – от гладкой поверхности; б – от среднешероховатой поверхности; в – от сильношероховатой поверхности. Л – длина волны падающего радиоизлучения [250]. (доступно только при скачивании полной версии)

Скачати повну версію книжки (з малюнками, картами, схемами і таблицями) одним файлом