Поширення КВЧ і НВЧ електромагнітних хвиль над морем та їх розсіювання водяною поверхнею й об"єктами. Спектральні, амплітудні й поляризаційні характеристики радіолокаційного відбиття при розташуванні об"єкта у безпосередній близькості від поверхні моря.
Аннотация к работе
Актуальність досліджень, проведених у дисертаційній роботі, визначається необхідністю розвитку фізичних уявлень про зворотнє розсіювання НВЧ і КВЧ поля водяною поверхнею та обєктами малих розмірів на ній при зондуванні під малими кутами для створення нових і модернізації існуючих РЛС морського й берегового базування, що вирішують задачі моніторингу стану морської поверхні й безпеки навігації. Мета досліджень - експериментально вивчити особливості поширення КВЧ і НВЧ електромагнітних хвиль над морем та їх розсіювання водяною поверхнею й обєктами на ній та вплив цих особливостей на спектральні, амплітудні й поляризаційні характеристики радіолокаційного відбиття при розташуванні обєкта у безпосередній близькості від поверхні моря і малій висоті розташування випромінювача, а також провести аналіз можливостей використання інформації, що знаходиться у відбитих сигналах, для вирішення практичних задач моніторингу акваторій і підвищення безпеки мореплавства. Зясувати особливості поляризаційних характеристик і структури спектрів радіолокаційного відбиття від морських хвиль та обєктів малого розміру на морській поверхні (моторних, веслових і вітрильних човнів, буїв і т.п.) при малих кутах ковзання. Отримано нові дані про поляризаційні характеристики й особливості "тонкої" структури спектрів, зокрема про флуктуації спектральних складових радіолокаційного відбиття КВЧ радіохвиль від моря та обєктів малого розміру (малі моторні судна, вітрильники, веслові човни) при ковзаючих кутах зондування. Визначено енергетичні, спектральні й поляризаційні характеристики радіолокаційного відбиття КВЧ діапазону від хвиль, що створюються на поверхні суднами, які рухаються.Основні результати роботи полягають в наступному: Отримано нові дані про множник ослаблення електромагнітних хвиль НВЧ і КВЧ діапазонів при поширенні їх поблизу водяної поверхні, зокрема: Встановлено, що у сантиметровому й міліметровому діапазонах аж до дальностей, що відповідають радіогоризонту, множник ослаблення поля, як правило, істотно перевищує розрахункові значення для стандартної рефракції і реально існуючих висот морських хвиль. Встановлено, що статистичні характеристики флуктуацій множника ослаблення при висотах більш 0,5...1 м над поверхнею узгоджуються з висновками робіт, у яких поле над поверхнею уявляється як сума поля вільного простору, дзеркальної (когерентної) і дифузійної (некогерентної) компонент відбитого поля. У той же час при висотах, близьких до висот морських хвиль, особливо поблизу межі тіні, відбувається підвищення вірогідності низьких рівнів поля в порівнянні з флуктуаціями на висотах більш 0,5...1 м. На підставі цих даних дослідження зроблено висновок про те, що рівень деполяризації окремих компонент спектра сигналу, розсіяного моторним судном, може служити в якості інформативної ознаки для виділення ділянок спектру, повязаних із вібраціями корпусу, обумовленими роботою рухових установок, на відміну від середніх значень коефіцієнтів деполяризації відбитих сигналів. Встановлено, що для сигналів, відбитих від надводних обєктів, характерний більш високий, ніж для моря, рівень кореляції сигналів на ортогональних поляризаціях із виходу як амплітудного, так і синхронного детекторів.
Вывод
Основні результати роботи полягають в наступному: Отримано нові дані про множник ослаблення електромагнітних хвиль НВЧ і КВЧ діапазонів при поширенні їх поблизу водяної поверхні, зокрема: Встановлено, що у сантиметровому й міліметровому діапазонах аж до дальностей, що відповідають радіогоризонту, множник ослаблення поля, як правило, істотно перевищує розрахункові значення для стандартної рефракції і реально існуючих висот морських хвиль.
Встановлено, що статистичні характеристики флуктуацій множника ослаблення при висотах більш 0,5...1 м над поверхнею узгоджуються з висновками робіт, у яких поле над поверхнею уявляється як сума поля вільного простору, дзеркальної (когерентної) і дифузійної (некогерентної) компонент відбитого поля. У той же час при висотах, близьких до висот морських хвиль, особливо поблизу межі тіні, відбувається підвищення вірогідності низьких рівнів поля в порівнянні з флуктуаціями на висотах більш 0,5...1 м.
Встановлено, що енергетичний спектр флуктуацій множника ослаблення суттєво низькочастотний.
Вивчено поляризаційно-спектральні особливості відбиття від надводних обєктів, що мають малі розміри. Зокрема: Для класів обєктів, що досліджувалися, (малі моторні судна, вітрильники, веслові човни) встановлена присутність у спектрах відбиття окремих складових, флуктуації амплітуди яких повязані зі специфікою руху обєктів у цілому чи їх частин.
На підставі цих даних дослідження зроблено висновок про те, що рівень деполяризації окремих компонент спектра сигналу, розсіяного моторним судном, може служити в якості інформативної ознаки для виділення ділянок спектру, повязаних із вібраціями корпусу, обумовленими роботою рухових установок, на відміну від середніх значень коефіцієнтів деполяризації відбитих сигналів.
Встановлено, що для сигналів, відбитих від надводних обєктів, характерний більш високий, ніж для моря, рівень кореляції сигналів на ортогональних поляризаціях із виходу як амплітудного, так і синхронного детекторів. Це свідчить про те, що фазові й амплітудні флуктуації відбиття від надводних обєктів обумовлені одними й тими ж розсіювачами, повязаними з жорсткими конструктивними елементами корпусу.
Вивчено особливості розсіювання електромагнітного поля хвилями, що утворюються при русі суден по водяній поверхні. Зокрема: Досліджено особливості розсіювання електромагнітного поля сантиметрового й міліметрового діапазонів корабельними хвилями та запропоновано апроксимуючу функцію для спектру сигналу від корабельних хвиль на виході некогерентного каналу РЛС, яка дозволяє моделювати спектри для всього діапазону кутів опромінення обєктів, що рухаються з різноманітними швидкостями, що добре узгоджується з експериментальними даними.
Показано, що для вимірювання швидкості суден доцільно використовувати високочастотні компоненти у спектрі флуктуацій амплітуд сигналу, обумовлені відбиттям від корабельних хвиль.
Показано доцільність використання ефектів, обумовлених відбиттям від корабельних хвиль, для виявлення суден.
Отримано характеристики ефективності компенсації завад, що утворюються відбиттям від морської поверхні на виході амплітудного каналу некогерентних РЛС при використанні фільтрової системи селекції цілі, що рухається. Зроблено висновки про доцільність її застосування для підвищення радіолокаційного контрасту обєктів малого розміру на тлі моря.
Отримані в дисертаційній роботі результати служать розвитку теоретичної бази, необхідної для розуміння радіофізичних аспектів розсіювання електромагнітних хвиль поверхнею моря і дрібномасштабними обєктами радіолокаційного спостереження, що знаходяться на ній, а наведені рекомендації можуть бути безпосередньо використані при розробці морських і річкових радіолокаційних систем забезпечення безпеки плавання й екологічного моніторингу.
Список литературы
1. Луценко В.И., Кириченко В.А. Экспериментальное определение информативных признаков для радиолокационного распознавания наземных и надводных объектов // Сб. тр. "Техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн".- Харьков: АН Украины, ИРЭ АН Украины.- 1993.- С. 5-18.
2. Lutsenko V.I., Kirichenko V.A. Vessel Velocity Evaluation by Vessel Wave Backscattering Spectrum Characteristics with Non-Coherent Radars // Microwave And Optical Technology Letters.- 1996.- Vol. 13, N 6.- pp. 369-372.
3. Разсказовский В.Б., Педенко Ю.А., Логвинов Ю.Ф., Кириченко В.А. Закон распределения флуктуаций множителя ослабления миллиметровых и сантиметровых радиоволн над морем // Сб. тр. "Радиофизика и электроника".- Харьков: Нац. академия наук Украины, ИРЭ НАН Украины.- 1998.- Т. 3, N 3.- С. 68-77.
4. Kirichenko V.A., Sugak V.G. Time-frequency distributions of radar-returns from sea surface in X- and Ka- bands // Signal and Data Processing of Small Targets 1999, SPIE Proceedings, - Washington: SPIE.- 1999, Vol. 3809.- pp. 547-554.
5. Луценко В.И., Кириченко В.А. Эффективность обнаружителей сигналов с адаптацией порога и линейного рангового в условиях помех от суши и моря // II Всесоюзная научно-техническая конференция "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей": Тезисы докладов. 30 сентября - 2 октября 1991 г.- Харьков: ХИРЭ, 1991.- С. 160.
6. Луценко В.И., Кириченко В.А., Мишин А.А. Распознавание скоростных надводных объектов на фоне отражений от моря в некогерентных РЛС // I Украинский симпозиум "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн", Харьков, 15-18 октября 1991 г, тез. докладов в 2х частях.- Харьков: ИРЭ АН УССР.- 1991.- Ч. 2.- С. 50-51.
7. Луценко В.И., Савенко Н.Н., Разсказовский В.Б., Кириченко В.А. Экспериментальное изучение информативных признаков сигналов, рассеянных надводными и наземными объектами // I Украинский симпозиум "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн", Харьков, 15-18 октября 1991 г, тез. докладов в 2х частях.- Харьков: ИРЭ АН УССР.- 1991.- Ч. 2.- С. 52-53.
8. Луценко В.И., Кириченко В.А. Статистические характеристики нестационарных отражений от моря в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн. // 16 Конференция по распространению радиоволн. Ульяновск 21-24 сентября 1993. года, тезисы докладов.- Ульяновск: - Секции 3, 4, 5.- 1993. - С. 80.
9. Кириченко В.А., Луценко В.И., Савенко Н.Н. Обнаружение и распознавание объектов пополяризационно-спектральным особенностям рассеянных сигналов // Труды 3 МНТК "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей", Тез. докл.- Харьков: ХИРЭ.- 1993.- С. 88.
10. Луценко В.И., Кириченко В.А. Обнаружение и распознавание объектов в некогерентных РЛС по характеристикам обратного рассеяния от корабельных волн // Труды 3 МНТК "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей", Тез. докл.- Харьков: ХИРЭ.- 1993.- С. 91.
11. Луценко В.И., Кириченко В.А. Экспериментальное определение информативных признаков для радиолокационного распознавания наземных и надводных объектов // 3-я Крымская конференция и выставка "СВЧ техника и спутниковый прием", Севастополь 1993 г, материалы конференции в 6-ти томах, Т 6.- Севастополь: Вебер.- 1993.- С. 786-789.
12. Lutsenko V.I., Kirichenko V.A. Target Velocity Evaluation in Non-Coherent Radars Using of Vessel Wave Backscattering Spectrum Characteristics // Int. Symp. "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimiter Waves".- Kharkov: IRE of NAS of Ukraine, Vol. 3.- 1994,- pp. 622-625.
13. Луценко В.И., Кириченко В.А. Методы пространственно-временной и поляризационной селекции надводных целей // Международная научно-техническая конференция "Современная радиолокация", Научно-технический сборник (тезисы докладов), АН Прикладной электроники, НИИ "Квант". - Киев: НИИ "Квант" 1994.- С. 159-160.
14. Луценко В.И., Кириченко В.А. Оценка дальности обнаружения целей в условиях негауссовских помех от моря // Международная научно-техническая конференция "Современная радиолокация", Научно-технический сборник (тезисы докладов), АН Прикладной электроники, НИИ "Квант". - Киев: НИИ "Квант" 1994.- С. 161-162.
15. Евдокимов А.П., Крыжановский В.А., Кириченко В.А., Луценко В.И., Хоменко С.І. Малогабаритный автодин КВЧ диапазона // НТК Техника и физика электронных систем и устройств, 18-20 мая 1995 г., Сумской государственный университет, ИПФ НАНУ.- Сумы: Сумской государственный университет.- 1995.- С. 195-196.
16. Kirichenko V.A., Kulemin G.P., Sugak V.G. Frequency-Temporal distributions of Radar Returns from Sea Surface in X and Ka Band // Proceedings of Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves", Kharkov, Ukraine (September 15-17, 1998), Vol. 2.- Kharkov:.- 1998.- pp. 517-519.
17. Lutsenko V.I., Homenko S.I., Uzlenkov A.A., Kirichenko V.A. Influence of Oil Film on Spectral and Polarization Features of S-, Ka- and V- band Water Surface Backscattering // Proceedings of Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves", Kharkov, Ukraine (September 15-17, 1998), Vol. 2.- Kharkov: IRE.- 1998.- pp. 558-560.