Распространение радиоволн в лесной среде. Теория боковой волны
Дипломная работа - Физика
Другие дипломы по предмету Физика
µтить, что боковая волна в лесу есть вклад дифракционного поля и не нуждается в сохранении своей поляризации излучения.
Использование кросс поляризационной компоненты позволяет более надежно различать поверхности типа лес, городская застройка, сельскохозяйственные угодья. При этом появляется поверхности определенные по данным поляризационных характеристик земных покровов высоты деревьев, площади леса, полной биомассы деревьев. Более того, использование когерентных методов и поляризационных характеристик радиолокационного поперечного сечения (РПС) деревьев позволяет решить задачу расположения таких деталей, как стебли, ветви и листья [28,29], что может быть использовано для идентификации типов лесных пород [12]
Вывод
Проведен обзор литературных данных по вопросам распространения радиоволн вблизи лесистой земной поверхности. Исследованы различные аспекты данной проблемы и рассмотрена физическая картина распространения радиоволн в лесной среде. При этом, на основании проведенного анализа работ, были выявлены частотная зависимость удельного ослабления, зависимость поглощения радиоволн от расстояния, исследованы поляризационные эффекты, а также эффект усиления поля по высоте.
На основе полученных данных можно составить общее представление о распространении радиоволн вблизи лесистой земной поверхности. Существует два механизма прохождения волн сквозь лесную среду. Первый механизм - это прямое прохождение волн сквозь всю толщу леса. Второй механизм - это механизм боковой волны, траектория которой определяется линией наименьшего ослабления радиоизлучения.
Тем не менее, имеется ряд не решенных проблем, что позволяет сформулировать задачи дальнейших исследований. Во-первых, это определение дистанций, на которых формируется и проявляется боковая волна, а также частот, на которых возможно это формирование. Во-вторых, это изучение особенностей распространения боковых волн в УКВ диапазоне в условиях сложного рельефа местности и неоднородности лесного покрова. В-третьих, в работе будет рассмотрена возможность определения электрофизических параметров лесной среды на основе анализа условия формирования боковых волны.
Глава 2. Теория боковой волны
Из анализа литературных источников, проведенного в первой главе, мы знаем, что интенсивность боковой волны в лесу уменьшается с расстоянием и имеет зависимость r-2. Также мы знаем, что боковая волна является дифракционным полем и распространяется, как бы скользя вдоль вершин деревьев, следуя по контуру лесного покрова.
В этой главе дано математическое выражение для поля боковой волны, позволяющее получить количественные оценки, и рассмотрена физическая картина механизма распространения боковой волны.
2.1 Выражение для боковой волны
Рассмотрим условие формирования боковой волны.
Пусть точка О - источник волн (рис 5), которая находится (в первой среде) на расстоянии z0 от поверхности раздела между средами 1 и 2. Расстояние z0 произвольно и отнюдь не должно быть большим по сравнению с длиной волны. Показатели преломления двух сред равны n1 и n2. При падении на плоскую границу раздела двух разных сред волна частично отражается, частично проходит в другую среду (преломляется). Согласно закону отражения, угол падения равен углу отражения. Согласно закону преломления, синус угла падения относится к синусу угла преломления, как скорость в первой среде к её скорости во второй среде, т.е.
. (19)
Рассмотрим ситуацию, когда волна приходит из более плотной (верхней) среды в менее плотную (нижнюю) среду n1>n2. Тогда волна падает на границу под углом полного внутреннего отражения, т.е. . При выполнении этого неравенства преломленный луч распространяется по второй среде вдоль границы раздела и, наконец, снова переходит в первую среду под д (ОАВР).
Рис 5. Лучевое представление боковой волны.
Рассмотрев вопрос об отражении волны от поверхности раздела сред, можно показать, что поле отраженной волны можно записать в виде
, (20)
где - собственно отраженная волна (ОАР), а - боковая волна, выражение для которой можно записать в виде (OABP):
. (21)
Выражение может трактоваться как набег фазы по лучу ОАВР (рис.5), соединяющему излучатель с точкой наблюдения. Этот луч состоит из отрезков L1 и L, по которым волна распространяется в верхней среде под углом полного внутреннего отражения к нормали к границе, и отрезка L1, по которому волна распространяется вдоль границы со скоростью, равной скорости в нижней среде. На больших расстояниях, когда r>> (z+z0), имеем L1=r, откуда видно, что амплитуда боковой волны будет убывать с расстоянием, как r-2. Также мы видим, что эта волна исчезает в предельном случае при условии n>1 и L1>0.
2.2 Физический смысл боковой волны
Из первого параграфа видно, что боковая волна связана с распространением в нижней среде на участке L1 (рис.5). Поэтому полный анализ природы боковой волны мы не можем провести без рассмотрения волновых процессов в нижней среде. Рассмотрим природу боковой волны.
Рис 6. К объяснению природы боковой волны
Рис 7. Соотношение между длинами волн, в верхней и нижней средах и углом наклона фронта боко?/p>