Способ определения матрицы рассеяния исследуемого объекта
27661 А
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК (191 (11) gag G 01 S 13/95
- изл иЗЛ и „ игл отр а„р
ОТР
Отр где i, k = 1-4. елям
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР .ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ
И АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3395901/18-09 (22) 12.03.82 (46) 07.07.83. Бюл. Ю 25 (72) Н.Ф.Павлов и В.Х.Корбан (71) Одесский гидрометеорологический институт (53) 621.396.96(088.8) (56) 1. Канарейкин Д.Б., Павлов Н.ф., Потехин В.А. Поляризация радиолокационных сигналов. M., "Сов. радио", 1966, с.280-193 (прототип). (54)(57) СПОСОБ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАТРИЦЫ
РАССЕЯНИЯ ИССЛЕДУЕИОГО ОБЪЕКТА, заключающийся в поочередном облучении исследуемого объекта волной горизонтальной поляризации, линейно поляризованной волной с углом ориентации
45 и волной круговой поляризации и приеме ответного сигнала, о т л ич а ю шийся тем, что,с целью определения полной матрицы рассеяния, исследуемый объект дополнительно об-. лучают неполяризованный волной, а на передаче и приеме измеряют для всех типов волн параметры Стокса J„ „, тизл тизл i%еэ1л "отр1 нотр 1 отр ° lo с последующим определением коэффициентов Т; матрицы рассеяния по формуле
Т Т.ТТ
11 а Е М
21 22 2З 24
31 32 ЗЗ 4
41 42 +Ъ +
Т Т T Т
Ф %
@иэл .=1Е „- Е Е иэл Е1Е2«»+
Полученная система линейных уравнений может быть записана в матричной
45 иЗЛ
11 12 1Ъ 14
Т Т Т
21 22 2 24-, Т31 32Ъ ГЗФ
41 42 43 Ф+ отр
0ТР
ОТР
М р
ИЗЛ ) ИЭЛ
11 1Я 13 34
21 22 23 24. И М 33 3+
,„Т., Т 4
ИЭЛ изл
3gfp отр
0Тр нотр изл изл нотр Т изл >
1 1027
Изобретение относится к радиолокационнои метеорологии и может использоваться при радиолокационном исследовании облаков и осадков, при решении задачи селекции зон облачности и осадков на фоне радиолока > ционных отражений от различных типов земных покровов и распознавании различных типов облаков и осадков по их радиолокационным характеристи- 10 кам.
Известен способ определения матрицы рассеяния исследуемого объекта, заключающийся в том, что исследуемый объект облучают волной линейной вертикальной и горизонтальной поляризации, линейно поляризованной волной ,с углом ориентации 45о и волной круговой поляризации, принимают ответные сигналы и определяют четыре 2О коэффициента матрицы рассеяния (1,) .
Однако известный способ позволяет определять матрицу, состоящую только из четырех коэФфициентов,.
Цель изобретения — определение 25 полной матрицы рассеяния.
Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения матрицы рассеяния исследуемого объекта, заключающемуся .в поочередном облуче- 3Q нии исследуемого объекта волной горизонтальной поляризации, линейно поляризованной волной с углом ориентации
45 и волной круговой поляризации, исследуемый объект дополнительно об35 лучают неполяризованной волной, а на передаче и приеме измеряют для всех типов волн параметры Стокса J 3„ ИГЛ > ИЗЛ ИЗЛ > ОТР ° OP> Отр.>
Vо р с последующим определением ко- о эффициентов Т„. матрицы рассеяния по .Формуле где i, k = 1-4. 50
На чертеже представлена схема, поясняющая предлагаемый способ.
Пусть объект радиолокационного наблюдения представляет собой метеорологическую цель в виде облачности 55 или осадков Ц и облучается электромагнитной волной с вектором Стокса
S,„, имеюЩим соста влЯЮЩие J»» Я„зл
661 г
Оизл, и 1 „эл., определяемые соотношеЙием тизл= 1Е1+ ZE2
V„ ð E E2ь1п ЛУ, где Е< и Е2 - амплитуды ортогональных линейно поляризованных составляющих в базисе (1,2 ) в соответствии с чертежом; лЧ - разность фаз между этими составляющими; звездочка означает комплексно сопряженную величину, а черта - осреднение во времени. Составляющие вектора Стокса излучаемой волны всегда могут быть известны заранее.
При отражении падающей волны облаками и осадками происходит изменение поляризации и отраженные сигналы в общем случае оказываются частично поляризованными даже в том случае, если облака и осадки облучаются линейно поляризованной волной. В этом случае
Ре параметра )отр нотр нотр "
Ч вектора Стокса S пол ð > ностью определяющие поляризационное состояние отраженной волны, будут являться линейнЫми функциями четырех параметров изл ° Q. " « век изл изл„изл тора Стокса S„» излученной волны, в результате чего можно записать .нотр 11 иэл+ 12 иэл+ 1Э изл 14 ИЗЛ
@Отр 21 иэл 22 veh 2э иЭл И- иЭЛ
mp 913изл+ 32аи Эз Оизл Ъ и ( о сутр=т . изб 4Ризл+ ф3 изл 4+ иэл где Т - мат рица, оп ределяющая от ражающие свойства объекта радиолокационного наблюдения, элементы которой являются действительными числами, д (1) иЗл
0
О (1) изл
Выражения (2) будут иметь вид
Э(1) =Т Э(1J отр 11 игл а(1) Т 3(1) ото-Ъ изл
0 =Т:)( ð 31 ИЭл (Q )
Ч("! =Т 3("}
ОтР 41 иЭл
Откуда определяются элементы первого столбца матрицы
3("} Я() О( стр -Т отр . Т астр., 11 (1) 21 (1) 31 g (1) из иэл иЗл з 1()2766 так как все параметры обоих векторов
Стокса также являются действительными числами, потому что они представляют собой энергетические характеристи ки волны. 5
Очевидно, что для облаков и осадков различной природы и микрофиэической структуры, а следовательно, обладающих различными отражающими свойствами, структура матрицы Т бу- $0 дет различной, так как будут различны ее коэффициенты Т„ (i = 1-4, a = 1-4). указанное различие предлагается ис-, пользовать для идентификации облаков и осадков по определенным классам, число которых может быть определено в зависимости от степени изменчивости элементов Т}к для различных типов атмосферных образований.
Для рещения задачи идентификации облаков и осадков по определен" ным классам в зависимости от структуры матрицы Т должны быть измере.ны все ее элементы Т}„,Измерение указанных элементов может быть выпол- р5 нено путем облучения исследуемого атмосферного образования последовательно волнами четырех поляризаций: неполяриэованной волной, волной вертикальной (горизонтальной ) поляризации линейно поляризованной волной
t а с углом наклона вектора поля в 45 относительно осей выбранного базиса (1,2) и волной круговой поляризации.
1. При облучении метеорологическо35 . го объекта неполяризованнои волнои, для которой вектор Стокса определяется как
V (1J
Т (7)
41 (1) . иэпп излучаемой волны известен заранее а параметры отр
Стокса отражейной волнй измеряются, то соотнощения (7) полностью определяют элементы первого столбца матрицы Т.
2. При излучении исследуемой метеорологической цели волной вертикальной поляризации (вектор поля Е - компланер оси базиса (1,2), для которой вектор Стокса имеет вид (2.) @(2J (S) иЗл из
О
Соотнощения (2) преобразуются как
Э(2) т Э(2) +т g(2)
Отр 11 иЗЛ 12 иэл (И (2) Т а(2)
©GAP 21 иэл+ 22 иэл (2) . ..) (2) Т g(2)
Отр 31 иЗл З2 изл (Q2
V(7-J=Т (2) Т Q(2) отр" 41 изл 42 изЛ откуда при известных заранее )" „и (2!
Я„э„,определенных прежде Т, Т „, (2)
Т и Т и измеренных J),,Q 2, U Ри Ч 2), однозначно определяются элементы второго столбца матрицы Т по формулам (2) Т 3(2) а(2) -Т 3() атр 11 иЗл Ð 21 (g) 22 ю (2) иЗл иэл, 10)
u(2) Т 3(%) Ч(2) Т ЗЩ
ОгР 31 изл 0тр 41 иЗл (2} Т4Р- g(Q.
@ изл изл
Заметим что в данном случае изл gиэл которйм вычисляются элементы второго столбца матрицы, упрощаются и принимают вид (2)
<(2J изл изл (2) (2) отр отр
32 (2! 31 Ф2 ЛТ 41 изл изл
Ф
Для определения элементов третьего столбца матрицы исследуемую метеорологическую цель необходимо облучить линейно поляризованной волной с углом наклона вектора поля в 45с4 по отношению к осям базиса (1,2). Вектор Стокса такой волны имеет вид (4) +т Ч(4 -) отр 1 и иэл )4 иэл (4} 3(4)+Т М(4)
@ Отр 2 ) иэл 24 иэл (4) (4) (4) (}5) оТр э.} иэл 34 изл (4) 1- > (Ф) +-Г } (4) отр= 4.} изл+Ъ иэл (3)
ИЗЛ
О () (3) иэл
О (з } нэл (}2 ) (з)
Отр .И . гЗ (3) 2( и3л
} (э) ((3) отр т,„, т„ - (3) -Т,„. иэл (3) отр.)3 - (З) иэл (3}
ОтР
33 (3} и3л (4) иэл
О
О (,4) иэл (4) иэл
Составитель Е. Погиблова
Техред С.Мигунова }(орректор С.(})екмар
Редактор С.Квятковская
Заказ 4733/50 Тираж 710 Подписное
ВЙИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4
Для такой волны J = U„3),и по (3) (Э ) аналогии с (10) и (1 ) элементы третьего столбца матрицы Т будут определяться из соотношения
4. Наконец, для определения элементов четвертого столбца матрицы Т исследуемое атмосферное образова ние необходимо облучить волной круговой поляризации безразлично с каким направлением вращения поля. Для такой волны вектор Стокса имеет вид
102 7661 4
Для этого случая соотношения (2) будут (4)
Так как для данного случая Э
= Ч„зл, поэтому по аналогии с (1О) (4)
}5 и (11) могут быть определены элементы четвертого столбца матрицы Т в соответствии с соотношениями (4) (4) отр . отр
14 (4) 1} 2 ) (4) 21 иэл иэл (4) (4) (.ц) втр отр.
34 3(4Г 31 44 3 (4) 41
25 изл иэл
Таким образом,в результате последовательного облучения метеорологической цели волнами четырех известных поляризаций и измерения параметров
З() Стокса отраженной волны полностью определяется матрица объекта Т, характеризующая его отражающие свойства.
Различия в значениях элементов матрицы различных типов облаков и осад35 ков положены в основу их идентификации.
Таким образом предлагаемый способ в отличие от известного позволяет определить 16 коэффициентов матрицы рассеяния, т.е. дает полное представление об отражающих свойствах исследуемого объекта.
