Прикладные вопросы дистанционного зондирования, страница 17

Глубина проникновения δ_ропределяется потерями, связанными с поглощением и рассеянием. Если известна средняя диэлектрическая проницаемость среды, вычисление связанных с поглощением потерь не составляет трудности. Вычисление потерь, связанных с рассеянием, гораздо сложнее, так как необходимо учитывать форму, размеры и диэлектрическую проницаемость рассеивающих элементов. Если пренебречь потерями, обусловленными рассеянием, можно получить верхнюю оценку глубины проникновения. Поскольку в большинстве случаев потери поглощения намного превышают потери рассеяния, такая оценка величины δ_р часто даёт приемлемую точность.

Рис. 31. Глубина проникновения для (а) суглинистой почвы и (b) снега в зависимости от содержания жидкой воды

Рис. 32. Угловые изменения коэффициента обратного рассеяния поверхностей с различной степенью шероховатости.

Рис. 33. Сравнение коэффициентов обратного рассеяния влажной и сухой почв.

Наиболее важными параметрами, определяющими коэффициент поглощения природных материалов, являются длина волны и содержание жидкой воды m_v. Это иллюстрируется кривыми на рис. 31, которые изображают изменения δ_р в зависимости от m_v для почвы и снега на нескольких частотах СВЧ-диапазона. Отметим близкий к экспоненциальному характер уменьшения δ_р с ростом m_v и сильную зависимость от частоты.

     Обратное рассеяние природных объектов.

a) Угловые зависимости. Рассеивающие свойства распределенной цели полностью определены, если известны зависимости коэффициентов обратного рассеяния σ° от угла наблюдения, частоты и поляризации. При заданном угле, частоте и поляризации коэффициент обратного рассеяния определяется диэлектрическими и геометрическими свойствами цели. На рис. 32 приведены зависимости коэффициентов обратного рассеяния от угла    наблюдения,    полученные    для    малошероховатой,    умеренно шероховатой   и   очень   шероховатой   поверхностей.   Эти   зависимости аналогичны диаграмме направленности антенны с апертурой 1м² (это фактически площадь поверхности Земли) и показывают что σ° максимален при наблюдении в нормальном направлении. По мере отклонения угла наблюдения от нормали коэффициент обратного рассеяния уменьшается со  скоростью,  зависящей  от  шероховатости  поверхности.   В  случае диффузных   поверхностей (среднеквадратичная шероховатость велика по сравнению с длиной волны) рассеянный в обратном направлении сигнал слабо зависит от угла наблюдения, тогда как для зеркальных (электрически "плоских") поверхностей наблюдается очень сильная угловая зависимость рассеянного сигнала. На практике σ° выражается в децибелах: σ° (дБ) = 10 lg(σ°).     Зависимость    коэффициента    обратного    рассеяния    от диэлектрических свойств целей иллюстрирует рис. 33, на котором приведены угловые изменения σ° для сухой и влажной поверхностей почв, имеющих объёмное содержание влаги соответственно 0.05 и 0.34 г/см³. Соответствующие значения диэлектрической проницаемости составляют 3,1 – j·0,l  для сухой почвы и 21 – j·4,8 для влажной.  Отличие между уровнями    двух    кривых    является    прямым    следствием    разницы диэлектрических проницаемостей этих типов почв.

b) Спектральные зависимости. Длина волны падающего излучения играет    важную    роль    в    обратном    радиолокационном    рассеянии поверхностями   и   объёмами.   Глубина   проникновения   δ_р,   которая определяет толщину поверхностного слоя, дающего основной вклад в энергию рассеянного в обратном направлении излучения, убывает с ростом частоты. Скорость убывания меняется в пределах от f² до f³. На заданной длине волны шероховатость поверхности характеризуется её