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

Объемное рассеяние радиосигнала. Проникающая способность радиоволн

4.7.2.5.6. Объемное рассеяние

Если длина радиоволны, применяемой для дистанционного зондирования, соизмерима с размерами листьев, хвои, сучьев, стволов естественной или сельскохозяйственной растительности, то имеют место интенсивное отражение и рассеяние радиоизлучения внутри растительного покрова, а также множественные отражения и объемное рассеяние между растительным покровом и подстилающей поверхностью. Это приводит к возрастанию коэффициента рассеяния qT (см. разд. 4.7.2.5.3). Интенсивность объемного рассеяния изменяется в зависимости от поляризации падающего радиолокационного излучения, а также в зависимости от объема участвующей в процессе рассеяния растительной массы, количества растений и их частей. Как уже упоминалось, процессы отражения в растительном покрове приводят к деполяризации падающего сигнала. Если объем стволов и сучьев больше, чем объем листьев, хвои и кустов, то процессы рассеяния на стволах и сучьях более значительны для длинноволнового излучения. Соответственно рассеяние листьями, кустами и другой низкорослой растительностью более значительно для коротких волн. В объемном рассеянии в случае низкорослой или нерегулярной по высоте растительности участвует также и поверхность почвы или горных пород.
Если радиолокационный сигнал проникает в сухую почву, то в области его проникновения происходит объемное рассеяние проникающих микроволн за счет множественного рассеяния на диэлектрических неоднородностях вещества мишени, которое оказывает влияние как на интенсивность (амплитуду), так и на вид (поляризацию) рассеиваемого в направлении антенны излучения. Таким образом, множественное рассеяние внутри верхней части почвенного слоя также оказывает деполяризующее действие на отраженный радиолокационный сигнал.

4.7.2.5.7. Проникающая способность

Глубина проникновения микроволн зависит, с одной стороны, от соотношения между длиной волны падающего сигнала и неровностями облучаемой поверхности и, с другой-от значения комплексной диэлектрической постоянной материала мишени. Неровности поверхности определяют вид и интенсивность происходящих на ней процессов отражения (зеркальное или диффузное отражение, множественное рассеяние). Кроме того, они определяют, какая часть мощности падающего сигнала может проникнуть в глубь облучаемого объекта (почвы, породы, растительности, воды, льда). Насколько глубоко энергия падающего радиолокационного сигнала может проникнуть в мишень и какая ее часть вновь достигнет земной поверхности, зависит от длины волны падающего сигнала и от комплексной диэлектрической постоянной облучаемой мишени, прежде всего от ее электропроводности.
Как правило, проникающая способность микроволн возрастает с ростом длины волны. Сигналы коротковолновых радиолокационных систем (Ка- и Х-диапазонов) по проникающей способности уступают сигналам радиолокационных систем, работающих на длинных волнах (L- или R-диапазоны с длиной волн соответственно 15-30 и 30-100 см).
С другой стороны, глубина проникновения радиоволн уменьшается с увеличением диэлектрической постоянной вещества облучаемой мишени. Поэтому радиолокационные сигналы проникают глубже в сухую почву, чем во влажную, и именно поэтому отражающая способность сухой почвы всегда ниже, чем влажной почвы.
В качестве грубой оценки проникающей способности обычно принимается, что она составляет половину длины волны. В очень сухой песчаной почве волны L-диапазона могут проникать на первые метры [77]. Примеры проникающей способности радиолокационных сигналов L-диапазона (длина волны 23,5 см) показаны на рис. 239 и 242. Во влажной почве глубина проникновения существенно ниже, чем предполагаемая этим правилом.
Микроволновое излучение в Х-диапазоне, чаще всего используемом при региональном радиолокационном зондировании, имеет обычно весьма ограниченную проникающую способность в почвах и особенно в горных породах. То же относится и к проникающей способности этого микроволнового из лучения на покрытых растительностью участках, особенно в тех случаях, когда она представлена кустарником или лесом. Компоненты строения густого лесного или кустарникового покрова (листья, хвоя, сучья, ветки, стволы) в основном имеют размеры в пределах сантиметров и дециметров. Состоящая из этих компонентов поверхность крон деревьев и кустарников является поэтому весьма неровной относительно длины волны падающего излучения, что обеспечивает диффузное его рассеяние. Та часть энергии падающих сигналов, которая проникает под поверхность крон в промежутки между растениями или ветками, испытывает там множественные отражения и рассеивается во все стороны. Это в общем относится и к энергии сигналов радиолокационных систем, действующих в L-диапазоне. Следует отметить, что глубокому проникновению радиолучей Ка- и Х-диапазонов препятствует также относительно высокое содержание влаги в растениях и соответствующая этому их высокая электропроводность.
Если на радиолокационных снимках районов, покрытых густыми лесами, можно все же опознавать и картировать гидрографическую сеть, различия в литологическом строении и тектонические структуры, то это связано прежде всего с тем, что морфология поверхности крон хорошо передается на РЛ-снимках благодаря относительно пологому углу визирования с радиолокационной станции. Решающим для возможности геологической интерпретации обстоятельством является то, что поверхность крон деревьев огибает все малые и большие неровности рельефа, передавая информацию о них. Многие детали радиолокационных отражений от растительности, затрудняющие передачу рельефа местности на РЛ-снимке, эффективно подавляются вследствие мелкого масштаба радиолокационных снимков и прежде всего вследствие того, что преобладающие размеры крон существенно меньше, чем пространственное разрешение региональных РЛ-съемок (от 10х10 до 25х25 м). Изменения фототона поверхности лесного покрова, так же как величина и распределение радиотеней в лесных районах, связаны, кроме того, и с положением снимаемого участка по отношению к радиолокационной антенне. Таким образом, фототональные различия РЛ-снимков отражают морфологию поверхности верхушек растительности. Причиной различий фоторисунка лесных районов на РЛ-снимках являются различия в распределении по площади групп деревьев и различных их родов. Эти различия фоторисунка вершинной поверхности частично обусловлены также структурой микрорельефа местности, т.е. подошвы леса, которая содержит в себе геологическую информацию.

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