Способ измерения диэлектрической проницаемости

 

Изобретение относится к голографии. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности измерения. Сущность данного способа измерения диэлектрической проницаемости (ДП) поверхности состоит в том, что исследуемый участок поверхности облучают сигналами двух взаимноортогональный поляризаций относительно горизонтальной плоскости. Затем отраженные сигналы измеряют и определяют действительную и мнимую части комплексной ДП. Для достижения цели дополнительно измеряют отраженный сигнал на одной из перекрестных поляризаций относительно горизонтальной плоскости. Кроме того, измеряют также и сигналы собственного радиотеплового излучения элементов исследуемого участка поверхности на двух взаимноортогональных поляризациях относительно горизонтальной плоскости. Используя полученные данные по формуле определяют ДП поверхности. Дана ил. выполнения устройства, реализующего данный способ. 2 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

А1

„„SU,, 152401 (51) 4 0 01 R 27/26

Ei t "М й). 1Ä -;

i 4Ч".1; ;

Б Ь ;:!О, ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТНРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

Н А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1 (21) 4349267/24-09 (22) 23.12.87 (46) 23.11.89. Бюл. М 43 (71) Харьковский авиационный институт им. Н.Е.Жуковского (72) В.К.Волосюк, В.Ф.Кравченко, В.П.Кочетов, В.И.Пономарев и Н.П.Эрсмамбетова (53) 621.317.335.3(088 ° 8) (56) Позняк С.И., Мелитицкий В,А.

Введение в статистическую поляризацию радиоволн. — М.: Советское радио, 1977, с. 450.

Богородский В.В °, Канарейкин Д.Б., Козлов А.И. Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. — Л.: Гидрометеоиздат, 1981, с. 245-249. (54) СПОСОБ ИЗМЕРЕНИЯ ДИЭЛЕКТРИЧЕСКОИ ПРОНИЦАЕМОСТИ (57) Изобретение относится к голографии. Цель изобретения — повьппеИзобретение относится к голографии и может быть использовано в геофизике и океанографии.

Цель изобретения — повышение точности и разрешающей способности измерения диэлектрической проницаемости поверхности.

На фиг. 1 изображена геометрия решаемой задачи для излучения колебаний с вертикальной поляризацией; на фиг. 2 — схема устройства, реализующая способ измерения диэлектрической проницаемости.

2 ние точности и разрешающей способности измерения ° Сущность данного способа измерения диэлектрической проницаемости (ДП) поверхности состоит в том, что исследуемый участок поверхности облучают сигналами двух взаимно ортогональных поляризаций относительно горизонтальной плоскости. Затем отраженные сигналы измеряют и определяют действительную и мнимую части комплексной ДП. Для досTèæåíêÿ цели дополнителbно и меряют oтраженньп сигнал на одной иэ перекрестных поляризаций относительно горизонтальной IiJlocKocTH, Кроме тэго, измеряют также и сигналы собственного радиотеплового излучения элементов исследуемого участка поверхно;ти на двух взаимно ортогональных поляризациях относительно горизонтальной плоскости. Используя полученные данные, по ф-ле определяют

ДП повсрхности. 2 ил.. стройство, реализующее способ

v измерения диэлектрической проницаемости, содержит передатчик l, соединеннь» двумя основными выходами с передающей антенной 2, приемную антенную решетку 3, диаграммообразуюшие блоки 4 и 5, приемники (линейные части приемников) 6 — 8, квадратурные преобразователи 9 — ll, формирователи l? — 18 сигналов, радиометры 19 и 20, блоки 21 и 22 перемножителей сигналов, блоки 23 и 24 вычитающих устройств, блок 25 дели1524012 телей, формирователь 26 сигналов, регистрирующие блоки 27 и 28.

Способ реализуют следующим образом.

В начало координат системы XYZ помещен плоский участок, покрытый мелкими неровностями, ориентация которого задана вектором нормали и

Линия AO лежит в плоскости ZOY, является линией визирования, указывает направление падения волны на фацет. 8 — угол между линией визирования АО и вектором и, -вектором нормали к средней поверхности ХОУ, совпадающим по направлению с направлением координатной оси OZ. Вектор

E соответствует направлению векто 1 ра напряженности электрического поля для вертикально поляризованной волны относительно средней плоскости XOY. Вектор Е соответствует направлению вектора напряженности электрического поля для волны поляризованной вертикально относительно плоскости фацета, лежит в перпендикулярной к участку поверхности плоскости АОп, проходящей через линии визирования AO.

6, — угол падения волны на участок поверхности. Плоскость Е,ОЕ перпендикулярна плоскости ZOY. Плоскость ZOY и плоскость AOn образуют двугранный угол, линейный угол которого g ) лежит между Векторами Е, и Е2.

Иэ точки А излучают колебания двух взаимно ортогональных поляризаций, облучают этими колебаниями элементы исследуемого участка поверхности, принимают отраженные сигналы двух основных взаимно ортогональных поляризаций и одной иэ перекрестных относительно горизонтальной плоскости, а также сигналы собственного радиотеплового излучения участка поверхности. Отраженные колебания принимаются антенной решеткой 3, которая является обшей для приема отраженных сигналов и теплового излучения, плоскость решетки содержит линию полета, расположена вертикально или горизонтально, здесь осуществляется поляризационная селекция как отраженных сигналов, так и теплового излучения. Для разделения в каналах приема колебаний основной и перекрестной поляризаций необхоa,=с

ReY вв—

R Ye

ImYss IrnYrr вв — гг

2Т Увг 27sr где ReYвв

Пе вг (IâYsü в — действительные и мнимь1е части комплексных амплитуд сигналов соответственно вертикальной, горизонтальной и перекрестной поляризаций

OTHOCHTPJlbHO ГОризонтальной плоскости, и в формирователе 12 формируют сигналы, пропорциональные котангенсам

55 димо излучение колебаний поляризации на различных, близких частотах.

С помощью решетки 3, диаграммообразуюших блоков 4 и 5 формируются вееры лучей на каждой поляризации, покрывающие сектор обзора и осуществляется пространственная фильтрация сигналов.

Частотная фильтрация и усиление отраженных сигналов основных и одной из перекрестных поляризаций осуществляется в линейных частях канальных приемников 6 — 8. Приемник 6 настроен на частоту, соответствующую частоте излученного сигнала с горизонтальной поляризацией, а приемники 7 и 8 настроены на частоту, соответствующую частоте иэлученного сигнала с вертикальной поляризацией.

Действия пространственной фильтрации, частотной фильтрации и усиления могут иметь различную последовательность во времени и выполняться как на высокой, так и на промежуточной частоте. Это приводит к многообразию схем, реализующих предлагаемый способ.

Далее сигналы трех поляризаций

30 подвергают квадратурному преобразованию в квадратурных преобразователях 9 — 11, формируют сигналы, пропорциональные вещественным и мнимым частям комплексных амплитуд соответствующих высокочастотных сигналов, 35 действующих на входах квадратурных преобразователей.

2 2

T СОЯ 03 — т 1n 63

Т, cos 3 — T .".in 6 .

ЯГ -ЯВ 3 (3) 5 15740 удвоенных линейных углов днугран3 ных углов, н соответствии с формулой (1). Этой операцией начинается последовательность действий, позно5 ляющая перейти к сигналам взаимноортогональных поляризаций, которые являются горизонтальной и вертикальной относительно систем координат, связанных с локальными плоскостяМи lð наклонов множества разрешаемых элементов рельефа.

В формирователях 13 — 16 сигналов полученные сигналы, пропорциональные величинам s. = et@ 2e 3 преобразуют в сигналы, пропорциональные величинам tge) y et@ 03 cos 03$ sin 0 .

2 ° 2

В формирователе 17 сигналов нырабатываются сигналы н соответствии с формулами

5 1 в = 1 в в + t g 6 3 Y >, 1 (2)

9 С 2 и при этом формируют сигналы, пропорциональные комплексным амплитудам сигналов двух взаимно ортогональных поляризаций, приведенным к локальным плоскостям наклонов элементов рельефа для каждого разрешаемого направления Y и Y„, а затем в ЗР 3 формирователе полученные сигналы преобразуют в сигналы, отношения этих амплитуд . Y. вв гг

Сигналы собственного радиотеплового излучения, полученные в результате пространственной фильтрации в блоках 4 и 5, преобразуют в сигналы, пропорциональные радиояркостным температурам разрешаемых элементов рельефа на двух взаимно ортогональ- 4р ных поляризациях для каждого разрешаемого направления в отдельности

Тя и Т в. Это действие выполняют

ЯГ радиометрами 19 и 20 со сканированием или многоканальными радиомет- 45 рами при использовании лучеобразуюших схем.

Полученные сигналы, пропорциональные радиояркостным температурам, умножают в блоках 21 и 22 на сигна- 5р лы, пропорциональные величинам . 2

2 3

В вычитающих устройствах 23 и 24 полученные сигналы вычитают один из другого в соответствии с формулами 55

12 6

В результате выполнения этих действий формируют сигналы, пропорциональные радио яркостным температурам разрешаемых элементов рельефа, для поляризаций, приведенных к плоскос3 тям наклонов этих элементов Т я

5 яв

В блоке 25 один иэ полученных сигналов (любой) делят на другой для поляризаций приведенных к локальным плоскостям наклонов разрешаемых элементов. Таким образом, с помощью этих действий осуществляют переход из системы координат связанной с горизонтальной плоскостью к локальным системам координат, связанным с локальными наклонами отдельных элементов рельефа.

Полученные сигналы преобразуют в решающем (нычислительном) устройстве аналогоного или цифрового типа (формирователе 26) в сигналы(пропорциональные диэлектрической проницаемости путем решения системы нелинейных уравнений

Re -,— =

ГГ - ГГ (4) т, /T„= q,(ВеЕ, ? Е, e ).

В результате выполнения этих действий формируют иэображения действительной (регистрирующий блок 27) и мнимой (регистрирующий блок 28) частей комплексной диэлектрической проницаемости. (В частном случае вещественной Е, второе иэображение является нулевым). тяв 1 в

T9b т„ т т, 7„

1 — 2 йв + «вв

5) Возможны варианты одноканальных и многоканальных решений приведенного устройства со сканирующей антенной.

Возможны варианты устройств стационарного типа, которые можно устанавливать на вертолетах или космических летательных аппаратах, способных находиться некоторое нремя неподвижно относительно поверхности. Тогда система должна с помощью двумерной антенной решетки формировать совокуп152чО)2

5 S гг комплексные амплитуды сигналов вертикальной и горизонтальной поляризаций, приведенные к локальным плоскостям наклонов элементов рельефа (при вычислениях используются либо действительные, либо мнимые части комплексных амплитуд);

= „+ tge,YÄ;

tg8 т

Y» ctg 9з,YY6г, 5

Tgr

Т где Ts

35 радиояркостные тЕмпературы разрешаемых элементов, приведенные к локальных плоскосet 2 6,—

Ьг

40 тям наклонов элементов рельефа; ность лучей, покрывающих всю заданную площадь поверхности.

Формула изобретения

Способ измерения диэлектрической проницаемости, заключающийся в облучении сигналами двух взаимно ортогональных поляризаций относительно горизонтальной плоскости исследуемого участка поверхности, измерении отраженных сигналов 1 У и опреде Ь rr ленни действительнои и мнимой частей комплексной диэлектрической f5 проницаемости, о т л и ч а ю щ и й— с я тем, что, с целью повышения точности и разрешающей способности, дополнительно измеряют отраженный сигнал на одной из перекрестных поля-20 ризаций У.ц, и У., относительно горизонтальной плоскости и сигналы собственного радиотеплового излучения

Т, T элементов исследуемого участка поверхности на двух взаимно ортогональных поляризациях относительно горизонтальной плоскости, а диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

2 т

s Т - sin 0»

СОЯ Р» — Б1П 83

Ф ?

T>,cos 6» — T» sin 6» т з --СОБАКЕ, s1n"? Вз вц = гг + с К 03 ьг где 8 — линейный угол двухгранного

3 угла, образованный вертикальной плоскостью падения радиоволн на элементы рельефа поверхности и плоскостью падения, перпендикулярной плоскости наклона этих наклонов, вычисленный по формуле

)524012

Составитель А. Михайлова

Техред М.Ходанич Корректор Т. Малец

Редактор Н.Рогулич

Заказ 7039/48 Тираж 714 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Проиэводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101