ГИБРИДНАЯ ЭЛЕКТРОДИНАМИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ РАСЕЯНИЯ РАДИОСИГНАЛА НА ДВУХСЛОЙНОЙ СТРУКТУРЕ

Валентин Бахчевников

Валентин Бахчевников ЮФУ ИРТСУ

Ключевые слова: имитационная модель, подповерхностная радиолокация, рассеяние радиоволн, многослойная цель, шероховатая поверхность

Аннотация

Мониторинг состояния почвогрунтов бесконтактным способом с борта летательного актуален в настоящее время. По причине больших затрат при исследовании с помощью натурных экспериментов целесообразно использовать имитационные модели. Известно множество методов, позволяющих рассчитывать с различной степенью точности электромагнитное поле (ЭМП), рассеянное слоистыми структурами с шероховатыми границами. Однако, до сих пор не разработана имитационная модель для быстрого расчета характеристик радиолокационного сигнала, отраженного слоистыми структурами с неоднородностями и шероховатыми границами. В рамках работы предложена гибкая имитационная модель, способная решать задачу получения комплексной эффективной площади рассеяния (ЭПР) слоистой поверхности с неоднородностями. В условиях малых дальностей объект нельзя считать сосредоточенным и облучающую его волну плоской. Отсюда возникают специфические проблемы, характерные для ближней зоны локации. Поэтому принципы и представления, принятые для дальней зоны, не могут быть использованы в условиях ближней зоны.

Разрабатываемая имитационная модель построена на основе фацетного представления границ пространственно-распределенной слоистой модели объекта. В качестве фацета выбран импедансный треугольник с известными радиолокационными характеристиками рассеяния. Суммарное ЭМП ищется путем интегрирования парциальных полей рассеяния на треугольном фацете с учетом фаз и поляризации падающей электромагнитной волны (ЭМВ). Имитационная модель на основе высокочастотных методов, обеспечивает высокую скорость вычислений для больших площадных целей с произвольным количеством слоев и шероховатостью границ.

В статье представлены следующие результаты, полученные с помощью разработанной имитационной модели: нормированная эффективная площадь рассеяния (ЭПР) для однослойной распределенной цели с шероховатыми границами при разной средней толщине слоя; верификация по нормированной ЭПР для двухслойной распределенной цели; зависимость ЭПР при разной степени затухания в среде; зависимость ЭПР для двухслойной распределенной цели с шероховатыми границами.

Литература

1. Jayawickreme D. H., Jobbágy E. G., Jackson R. B. Geophysical subsurface imaging for ecological applications //New Phytologist. – 2014. – Т. 201. – №. 4. – С. 1170-1175.
2. Lobach V. T. Radar measurements of layered medium parameters //Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenij. Radioelektronika 2003 45 (3), pp. 71-77.
3. Saleh B. (ed.). Introduction to subsurface imaging. – Cambridge University Press, 2011.
4. Albert A., Mobley C. D. An analytical model for subsurface irradiance and remote sensing reflectance in deep and shallow case-2 waters //Optics Express. – 2003. – Т. 11. – №. 22. – С. 2873-2890.
5. Knott E. F., Schaeffer J. F., Tuley M. T. Radar Cross Section, 274. – 2004.
6. Morgenthaler A. W., Rappaport C. M. Scattering from lossy dielectric objects buried beneath randomly rough ground: validating the semi-analytic mode matching algorithm with 2-D FDFD //IEEE transactions on geoscience and remote sensing. – 2001. – Т. 39. – №. 11. – С. 2421-2428.
7. Gibson W. C. The method of moments in electromagnetics. – Chapman and Hall/CRC, 2007.
8. Jin J. M. The finite element method in electromagnetics. – John Wiley & Sons, 2015.
9. Çakir m. K. Radar cross section analysis by shooting and bouncing rays method. – 2015.
10. Meng H. T. Acceleration of asymptotic computational electromagnetics physical optics—shooting and bouncing ray (PO-SBR) method using CUDA. – 2011.
11. Лобач В.Т., Потипак М.В. Модельные исследования радиолокационного отражения сложных сигналов взволнованной морской поверхностью. //Материалы 13 Международной Крымской конференции «СВЧ Техника и телекоммуникационные технологии» КрыМиКо'2003 Севастополь. 2003. С. 760-762.
12. Lobach V.T., Potipak M.V. Modeling of modulated signals back-scattering from quasiperiodic surface. //Proceedings of SPIE Aero Sense. 2003. vol. 5097. pp. 141-148.
13. Lobach V.T., Potipak M.V. Change in waveform envelope radar signal back-scattered from sea surface. //Proceedings of SPIE Aero Sense. 2002. vol. 4744. pp. 192-200.
14. Glassner A. S. (ed.). An introduction to ray tracing. – Elsevier, 1989.
15. Y. Berquin, A. Herique, W. Kofman, and E. Heggy, “Computing lowfrequency radar surface echoes for planetary radar using Huygens–Fresnel’s principle,” Radio Sci., vol. 50, no. 10, pp. 1097–1109, 2015.
16. Gerekos C. et al. A Coherent Multilayer Simulator of Radargrams Acquired by Radar Sounder Instruments //IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing. – 2018. – №. 99. – С. 1-17.
17. Boissonnat J. D., Dyer R., Ghosh A. Delaunay triangulation of manifolds //Foundations of Computational Mathematics. – 2018. – Т. 18. – №. 2. – С. 399-431.
18. Лонге-Хиггинс М.С. Статистический анализ случайно движущейся поверхности. //Ветровые волны. Под ред. Ю.М. Крылова. М.: Иностранная литература, 1962. 218 с.
19. Зубкович С.Г. Статистические характеристики радиосигналов, отраженных от земной поверхности. М.: Сов. Радио, 1968. 224 с.
20. Отчет по НИР «Модернизация действующего макета подповерхностного радиолокатора и проведение натурных экспериментов по дистанционному зондированию грунтовых вод», х/д №11230, 2004г. руководитель Лобач В.Т.