Файл: Проворов К.Л. Радиогеодезия учеб. пособие.pdf

у поверхности изгибается в сторону Земли. Радиоволны при этом проникают в почву и происходит частичное поглощение энергии, вследствие чего поле непосредственно над поверхностью Земли при удалении от антенны ослабевает. Действующая напряженность в этом случае определится формулой

поляризованной волны вызывает появление горизонтальной (продоль­ ной) составляющей электрического поля, имеющей ту же частоту, что и вертикальная составляющая, но смещенной относительно по­ следней по фазе. При наличии двух взаимно перпендикулярных со­ ставляющих, смещенных по фазе, результирующая волна оказы­ вается эллиптически-поляризованной. Однако малая ось этого эл­ липса чаще всего будет сравнительно невелика, вследствие чего •эллипс оказывается сильно вытянутым и во многих случаях электри­ ческое поле результирующей волны практически можно считать линейно-поляризованным. Множитель ослабления находят обычно по специальным графикам, построенным в зависимости от электриче­ ских параметров, характера волны и расстояния от передающей антенны.

При прохождении над идеально проводящей поверхностью гори­ зонтально-поляризованной волны результирующее поле будет равно нулю. Над реальной почвой оно не будет равно нулю, причем ослаб­ ление волны учитывается по формуле (28). В этом случае возникает вертикальная составляющая и поле также оказывается эллиптическиполяризованным.

Характер распространения поляризованных волн, рассмотрен­ ный выше, относится к плоской полупроводящей поверхности и при­ веденные формулы могут применяться лишь для расстояний до 20— 25 км. Для больших расстояний между передающими и приемными устройствами при расчете напряженности поля следует учитывать дифракцию радиоволн вокруг сферической поверхности Земли.

Явление дифракции заключается в искажении фронта волны при встрече с препятствием за счет наложения колебаний вторичной волны, что приводит к огибанию радиоволной сферической по­ верхности Земли и различных препятствий, встречающихся на пути «е распространения. Это огибание происходит тем круче, чем больше длина волны по сравнению с размерами препятствия. Поэтому рас­ пространению достаточно длинных волн не препятствуют выпуклость Земли и ее рельеф. Увеличение дальности распространения ультра­ коротких волн вследствие дифракции составляет 15—20% от расстоя­ ния прямой видимости. На дифракцию влияют форма препятствия и его положение, а также электрические параметры и шероховатость поверхности. Во всех случаях дифракция сопровождается потерей энергии колебаний, причем напряженность поля в зоне дифракции

-28

убывает с расстоянием по экспоненциальному закону, т. е. гораздо быстрее, чем при распространении над плоской поверхностью.

Поглощение энергии и дифракция имеют место также при прохо­ ждении радиоволн в залесенной местности, где препятствиями яв­ ляются деревья, и вблизи искусственных сооружений. В этих слу­ чаях ослабление электромагнитной энергии за счет поглощения будет особенно заметным для более коротких волн, а дифракция будет силь­ нее проявляться на более длинных волнах.

При встрече электромагнитных волн с земной или водной поверх­

см. рис. 14) потери энергии за счет преломления невелики. Отноше­ ние напряженностей отраженной и падающей волн, а также фазу колебаний отраженной волны характеризуют коэффициентом отра­ жения R, который зависит от длины волны и ее поляризации, угла встречи и электрических параметров почвы. Коэффициент отражения обычно получают по специальным графикам.

Характер отражения колебаний зависит от размеров неровностей отражающей поверхности. При этом различают зеркальное и диффуз­ ное отражение. Зеркальное отражение имеет место при встрече с глад­ кой поверхностью и происходит по законам геометрической оптики. Понятия «гладкая» или «шероховатая» поверхность определяют соот­ ношением длины волны колебаний и высоты неровностей, а также углом скольжения. Так, холмистая местность с высотами рельефа порядка сотен метров для сверхдлинных волн может считаться глад­ кой, тогда как в диапазоне сантиметровых волн ровное поле, покры­ тое травой высотой до 10 см, следует считать шероховатым. При отра­ жении радиоволн от шероховатой поверхности возникает диффузное отражение. В этом случае колебания отражаются во всех направле­ ниях (рис. 15). На рис. 15 AD — фронт падающей плоской волны,

2 9

Р и с . 16

Формулой (30) определяется критерий Релея, с помощью которого оценивается степень шероховатости поверхности в зависимости от длины волны и угла ее падения. В случаях, когда выполняется нера­ венство (30), отражение будет зеркальным. Если высоты неровностей больше предельных, отражецие приобретает диффузный характер.

Зеркальное отражение радиоволн от земли или водной поверх­ ности имеет важное значение при радиогеодезических измерениях, так как радиоволны от передающей антенны достигают приемной антенны двумя путями: непосредственно от источника излучения (по линии AB на рис. 16, а) и в результате отражения от некоторой точки С (по линии АСВ). На трассах со сложным рельефом могут иметь место отражения от нескольких точек (рис. 16, б). При диффузном отражении волны достигают приемника несколькими путями. Однако вследствие незначительных амплитуд и случайного характера распре­ деления изменения фаз отраженных колебаний суммарное искажение

30

Для ослабления влияния отраженных колебаний на результаты измерения радиодальномером обычно проводят измерения при раз­ ных длинах волн (при разной несущей частоте). При измерении корот­ ких линий рекомендуется проводить измерения низким лучом (сни­ ж а я высоту излучателя). При длинных линиях такой прием приводит к нежелательному ослаблению радиосигнала. Можно также вводить соответствующую поправку в измеренную разность фаз или в измерен­ ное время прохождения сигнала. Для этого пользуются или указан­ ным выше коэффициентом отражения, или же коэффициентом интер­ ференции, выражающим отношение отраженного и падающего сигна­ лов на входе станции радиодальномера. Если положить для воздуха

сложения напряженностей полей прямого и отраженного лучей, будет

и искусственные сооружения создают препятствия на пути электро­ магнитных волн, ограничивая дальность их распространения, и при­ водят к необходимости поднимать передающие и приемные антенны. Расчет предельной дальности действия радио геодезических систем, работающих на ультракоротких волнах, с учетом кривизны Земли, рельефа местности и искривления пути распространения радиоволн вследствие атмосферной рефракции будет сделан в § 9.

31