Файл: Мясников, Л. Л. Новые методы измерений в подводной акустике и радиотехнике.pdf

атмосферы и дискретного источника И (излучение отражается от морской поверхности в направлении к наблюдателю А).

Значение АТя м (0) определяется через термодинамическую тем­

Здесь первое слагаемое определяет подсветку за счет собственного

поверхности моря также зависит от величины Я. На рис. 4.8 представ­

вленная собственным радиоизлучением ровной поверхности моря, есть функция от угла наблюдения, вида поляризации и длины волны принимаемого излучения. При вертикальной поляризации вели­ чина АТя м, следуя изменениям коэффициента отражения при уменьшении угла наблюдения, сначала возрастает, достигая макси­ мального значения при псевдобрюстеровском угле 4—8°, а затем уменьшается до нуля при малых углах 0. При горизонтальной поля­ ризации АТя м меньше, чем при вертикальной поляризации (при одинаковых углах 0), и монотонно убывает с уменьшением угла 0. Что же касается подсветки, то в случае протяженного источника,

98

каким является атмосфера, будет наблюдаться обратная зависимость от угла 0. Максимальной подсветка будет при малых углах наблю­ дения 0, когда собственное излучение атмосферы и коэффициент отражения поверхности моря максимальны. Подсветка дискретным источником при ровной поверхности моря будет иметь место лишь для угла наблюдения 0, равного углу 9' (см. рис. 4.6).

Радиоизлучение морской поверхности в значительной степени зависит от ее состояния. Волнение моря вызывает вариации яркост­ ной температуры относительно ее среднего значения, причем величина вариаций, а также величина самого среднего значения зависят от силы волнения. С ростом волнения моря коэффициенты отражения перестают соответствовать зависимости, показанной на рис. 4.8.

л Т я Г/,(К

При большом волнении на результатах измерений существенно сказывается стохастическое распределение морских волн на поверх­ ности, их форма, размеры и т. п. Аналитическое определение ярко­ стной температуры моря при различной степени волнения предста­ вляет собой сложную дифракционную задачу, связанную с необхо­ димостью учета многократных переотражений, затемнения одних участков поверхности волн другими и многих других факторов. В подобных случаях сталкиваются с необходимостью прямых изме­ рений фоновых излучений (собственного радиоизлучения моря, атмосферы и т. п.). Эти измерения имеют конструктивный аспект, так как они связаны с приемом излучения, обладающего сложной пространственно-временной структурой. Вообще говоря, вопросы фоновых радиоизлучений и вопросы обнаружения и распознавания морских объектов по их собственному радиоизлучению относятся к области конструктивных измерений и связаны с теорией распозна­ вания структур. При этом желателен способ обзора с применением нескольких пассивных радиолокационных систем (ПРЛС), что дает возможность получить информацию в виде карты «радиояркостной» обстановки, позволяющей выделить участки помех и ложных сигна­ лов. В ряде случаев при обзоре морской поверхности или воздушного

пространства целесообразно проводить наблюдения в больших секторах обзора с помощью широконаправленных антенн, так как при этом влияние вариаций и неоднородностей фонового радио­ излучения ослабевает из-за усредняющего действия диаграммы направленности антанны. Применяется также сканирование диа­ граммы направленности антенны.

Конструктивные измерения на судах сводятся часто к опреде­ лению углового и спектрального распределения «радиояркости» излучения помех и объектов. Каждая реализация, связанная с на­ блюдением распределения «радиояркости» или ее спектра, может быть представлена согласно общим конструктивным представлениям в виде’Р-функции, аргументами которой являются некоторые харак­ терные признаки. Регистрация реализаций должна осуществляться так, чтобы они были пригодны для программирования и позволяли выполнять при автоматическом распознавании функции зрительного восприятия.

Перечислим некоторые морские и воздушно-космические объекты, собственное излучение которых представляет интерес в задачах обнаружения на море.

Прежде всего отметим значительную радиоконтрастность суши и моря, которая обусловлена большим различием их излучательной способности. Эта радиоконтрастность в микроволновом диапазоне волн составляет величину порядка 100— 180 К, что позволяет обна­ руживать береговую линию и острова на больших дальностях. Данное свойство может быть использовано для навигации с помощью средств пассивной радиолокации (ПРЛ). Подобные средства оказы­ ваются весьма эффективными и при исследовании ледовой обстановки поверхности моря, так как излучательная способность льда в микро­ волновом диапазоне тоже значительно отличается от излучательной способности воды (0,9 против величины 0,35 для свободной ото льда поверхности воды).

Контрастными источниками радиоизлучения являются надводные корабли. Их яркостная температура значительно меньше яркостной температуры моря и суши, что вообще характерно для металлических объектов, имеющих температуру окружающей среды. Металлические объекты обладают хорошей отражательной способностью в радио­ диапазоне, вследствие чего их яркость оказывается малой в сравнении с яркостью радиофона. Однако при наличии деревянных элементов (палуб, надстроек и т. п.), яркостная температура которых значи­ тельно выше яркостной температуры моря, с помощью систем боль­ шой разрешающей способности могут быть обнаружены отдельные детали корабля, что позволяет судить о его типе.

Поскольку микрорадиоволны не распространяются за горизонт, дальность обнаружения морских объектов средствами ПРЛ ограни­ чивается пределами прямой видимости, определяемыми высотой расположения наблюдателя.

Согласно общим энергетическим соображениям, дальность обна­ ружения объекта обусловливается его радиоконтрастностью, погло­ щением радиоволн в атмосфере, а также флюктуационной чувстви-

1 0 0

тельносгью и отношением диаметра зеркала антенны к длине волны,

во время движения судов, возможно, позволит определять их ско­ рость и курс. Подводная лодка при движении в погруженном со­ стоянии также оставляет на поверхности моря кильватерный след. Слабая радиоконтрастность кильватерного следа, наличие сильного фонового радиоизлучения и его вариаций усложняют условия обна­ ружения подводной лодки. Однако современное состояние техники радиофизических измерений открывает возможность обнаружения таких слабых сигналов. По данным работы [152], в США создана бортовая ПРЛС, которая позволяет решить проблему круглосуточ­ ного всепогодного обнаружения подводных лодок с самолетов в зо­ нах, составляющих тысячи квадратных километров.

К возникновению сильного радиоизлучения приводит аэро­ динамический нагрев обшивки сверхзвуковых летательных аппаратов при прохождении ими плотных слоев атмосферы, а также образование около обшивки высокотемпературного плазменного слоя. Кроме того, источником радиоизлучения являются факелы ракетных дви­ гателей и аэрозольный «след», возникающий от продуктов сгорания в нижних слоях атмосферы, а также остаточное излучение на больших высотах, имеющее плазменную природу. Это тоже подчеркивает перспективность рассматриваемых радиофизических измерений.

Наряду с возможностью использования новых контрастных свойств объектов и относительной независимостью от условий погоды и времени суток (с точки зрения освещенности), к достоинствам ПРЛС относится скрытность и связанная с ней помехозащищенность. Важным обстоятельством является также возможность работы большого числа ПРЛС без взаимных помех. Это позволяет исполь­ зовать несколько ПРЛС с различными рабочими длинами волн в едином комплексе, управляемом электронной вычислительной машиной. Такие комплексы при большой чувствительности позволят,

исубмиллиметровых волнах.

§4.3. АТОМНЫЕ ЭТАЛОНЫ ЧАСТОТЫ И ВРЕМЕНИ

ВРАДИОИЗМЕРЕНИЯХ

В последние годы в практике судовождения и исследованиях, проводимых на море, все шире применяются квантовые генераторы

иатомихроны (эталоны частоты).

Внастоящее время выпускаются промышленностью и широко используются три основных типа эталонов частоты: пассивная система с оптической накачкой рубидия (газовая ячейка на Rb);

101