ФИЗИКА. Геофизика, Радиофизика

Цхакая К. Г., Капанадзе А. А., Никурадзе Дж. Г.,

Бенидзе О. М., Меладзе В. Д., и Квинтрадзе В. И.

Грузинский технический университет, Грузия

Поляризационные исследования метеообъектов

в режиме разнесенного приема

В представленной статье рассматриваются поляризационные характеристики рассеянного излучения от метеообъектов в режиме разнесенного приема. Определена связь между компонентами рассеянного излучения и размерами облучаемых частиц, а также коэффициента деполяризации как в случае монодисперсного облака, так и для полидисперсного.

1. Введение

Радиолокационный сигнал всегда несет некоторую информацию об отражающем объекте. В зависимости от особенностей применения радиолокационная информация может быть представлена в различном виде. В частности, информация о характере объекта, формирующего эхо-сигнал, может быть получена из анализа его поляризационных характеристик при различных углах рассеяния. В трудах [1, 2] было показано, что наличие в атмосфере произвольно расположенных несферических частиц приводит к появлению деполяризационной компоненты радиолокационного сигнала, т.е. эхо-сигнала, плоскость поляризации которого ортогональна плоскости излучающего поля. Таким образом, деполяризационная компонента несет в себе информацию о форме и ориентации рассеивающих частиц. В частности, этот эффект может быть использован для радиолокационного разделения жидкой и кристаллической фаз в облаках [3]. Рассеяние радиоволн от метеообразований в случае совмещения передающей и приемной антенн исследовано достаточно подробно как экспериментально, так и теоретически. Однако рассеяние радиоволн при бистатическом приеме изучено недостаточно.

2. Основная часть

В связи с вышеуказанным в работе решена задача определения поляризационных характеристик сигнала не только при обратном, но и произвольных углах рассеяния. С этой целью были вычислены интенсивности деполяризации сигнала под разными углами сферическими частицами малых и больших размеров. Задача решалась как для монодисперсных, так и полидисперсных облаков. Расчеты проводились по полным формулам Ми ρ = 2 π k / λ > 0.13 от 0.10 до 2.60 с шагом Δ ρ = 0.01 и углом рассеяния β от 0 до 180 º с шагом Δ β = 10 º [1, 2].

Анализ полученных зависимостей показывает, что если малые сферические частицы облучаются линейно-поляризованной волной, то отраженный сигнал сохраняет такую же линейную поляризацию по всем направлениям рассеяния от 0 до 180 º. Если размеры рассеивающих частиц окажутся больше релеевских, то рассеянное поле в общем случае будет уже эллиптически поляризованным, и в отраженной волне появится компонента сигнала, ортогональная плоскости первичной волны.

При углах рассеяния, отличающихся от 0 и 180 º, будет иметь место деполяризация сигнала. При заданном уровне собственной деполяризации антенной системы – 30 дб будут обнаруживаться частицы с ρ ≥ 0.13. Увеличение размеров частиц приводит к увеличению относительного коэффициента деполяризации. Например, частицы с ρ = 1.7 будут превышать этот уровень более, чем в 100‑раз.

При наблюдении градовых облаков коэффициент деполяризации для града достигает значений – 10 ÷ – 12 дб, в то время, как при углах около 100 º максимальные значения коэффициента деполяризации достигают – 2 ÷ – 4 дб. Это соответствует размеру r = 1 см. Для сильного дождя коэффициент деполяризации под углом 180 º принимает значения – 18 дб, тогда как под углом β = 100 º его величина возрастает до – 14 ÷ – 16 дб. Это соответствует размеру r = 0.25 см. Такой рост относительного коэффициента деполяризации говорит о том, что роль града в формировании эхо-сигнала больше, чем крупных дождевых капель.

3. Заключение

Полученные результаты указывают на сильную зависимость относительного коэффициента деполяризации рассеянного сигнала от размеров частиц, причем для монодисперсного облака эта связь однозначна. Аналогичная зависимость имеет место и для полидисперсного облака.

Выявленные таким образом экспериментальные зависимости хорошо согласуются с результатами теоретических расчетов и тем самым определяют количественные критерии, связывающие параметры сигнала с фазовым состоянием и формой отражающих частиц. Эти критерии были положены в основу радиолокационных исследований структуры и эволюции облаков.

Литература:

1. К. Г. Цхакая, А. Б. Шупяцкий. Применение деполяризации радиолокационного сигнала для исследования микроструктуры облаков и осадков. Изв. АН СССР, ФАО, № 11, 1973.

2. К. Г. Цхакая, А. Б. Шупяцкий. Экспериментальные исследования поляризационных характеристик сигнала при рассеянии радиоволн атмосферными частицами в режиме разнесенного приема. Метеорология и гидрология, № 3, 1974.

3. К. Г. Цхакая, А. Б. Шупяцкий и др. Бистатический контроль аэрозолей в факеле промышленных выбросов. Российско–Канадский семинар «Моделирование атмосферного переноса загрязнений при террористических актах, взрывах и пожарах». Москва, МГУ, 2006.

Tskhakaia K. G., Kapanadze A. A., Nikuradze J. G.,

Benidze O. M., Meladze V. D. and Kvintradze V. I.

Georgian Technical University, Georgia

Polarization studies of meteorological objects

in the mode of diversity reception

S u m m a r y

In this paper, the polarization characteristics of the radiation scattered from meteorological objects are considered in the mode of diversity reception. The relation between components of the scattered radiation and the size of radiated particles, as well as the depolarization coefficient are determined both in the cases of mono-dispersive cloud and poly-dispersive one.