Файл: Губин, В. А. Пространственно-временная обработка радиолокационных сигналов (конспект лекций).pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 21.10.2024
Просмотров: 66
Скачиваний: 0
177
Мощность |
1 поглощаемая телом, расходуется |
на повыше |
|||||||
ние энергии теплового |
движения его частиц и тратится |
на тепловое |
|||||||
излучение. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Если абсолютно черное тело излучает всю подводимую к нему |
|||||||||
мощность |
Р |
, то тело |
произвольного |
вида, |
не являющееся абсо |
||||
лютно черным, |
излучает |
только часть |
этой мощности |
|
|||||
|
|
|
|
|
Р * = ог Р . |
|
( 8 .П ) |
||
Баланс |
подводимой |
и отдаваемой энергии |
(8 .9 ) не |
является |
|||||
обязательным условием |
для теплового излучения. Если |
энергия |
|||||||
к телу |
не |
подводится |
( |
Р = |
0 ) , нагретое тело все |
равно излу |
|||
ч а ет , отдавая |
запасенную |
в нем тепловую энергию. Охлаждение |
|||||||
тела в процессе излучения может происходить столь медленно, |
|||||||||
что его |
температуру в |
течение значительного промежутка време |
|||||||
ни можно считать постоянной. |
В этом случае |
интенсивность из |
|||||||
лучения реального тела по отношению к абсолютно черному также
определяется коэффициентом |
поглощения |
о( . |
|
||||
В соответствии с законом Кирхгофа яркости реального (В) и |
|||||||
абсолютно |
черного |
( В0) тел |
связаны соотношением |
|
|||
|
|
В |
= |
oi ( f , Г )В0‘ |
(S .X 2) |
||
Величина oi. ( f , |
Т) |
, |
являющаяся функцией частоты f |
||||
рассматриваемого участка |
спектра и температуры Г |
тела, на |
|||||
зывается поглощательной способностью или монохроматическим |
|||||||
коэффициентом поглощения тела. |
|
|
|
||||
Для реального тела можно воспользоваться формулой Релея- |
|||||||
Джинса, введя в рассмотрение |
вместо |
действительной |
темпера |
||||
туры Т |
яркостную |
температуру |
Тя |
|
|
||
|
|
|
В = m gr ~ * |
(8 .1 3 ) |
|||
|
|
|
|
|
Л |
|
|
В соответствии с законом Кирхгофа яркостная температура меньше реальной и связана с ней соотношением
|
Тй = oi ( f , T ) T . |
(8 .1 4 ) |
Полное излучение реального тела состоит из двух |
составляю |
|
щих |
собственного излучения (8 .1 4 ) и отражения. Его |
интенсив |
ность |
характеризуют эффективной яркостной температурой |
|
178
|
|
|
|
Тэя = ( l ~ p ) T + р TB'U . |
(8 .1 5 ) |
Здесь |
Г - |
собственная |
температура тела; |
|
|
|
Тд |
- |
температура |
внешнего излучения; |
|
|
р |
- |
коэффициент |
отражения. |
|
Первое слагаемое формулы (8 .1 5 ) |
- это |
яркостная температу |
||||
ра самого тела, определяемая его собственной |
температурой и |
|||||
поглощательной способностью o i |
, которая |
для |
непрозрачных |
|||
тел { 4 = 0) выражается |
через коэффициент |
отражения |
||||
|
|
Ы - |
/ - р . |
|
|
(8 .1 6 ) |
Смысл второго |
слагаемого |
очевиден - |
оно характеризует яркость, |
|||
обусловленную |
отражаемыми электромагнитными колебаниями. |
|||||
В качестве примера расчета яркостной температуры определим
температурный контраст между сушей и водной поверхностью.
Для сухой |
почвы коэффициент отражения составляет примерно |
||||||||
0 ,1 ; |
|
для воды |
р = 0 ,5 . |
Собственную температуру суши и зем |
|||||
ли полагаем равной 300°К, температуру внешнего облучения |
|||||||||
Т„ |
= 50°К . Для |
этих данных эффективная яркостная температура |
|||||||
о.и |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
суши и воды будет соответственно. |
|
|
|||||||
|
|
ТЭ1 |
= |
( 1 - 0 ,1 ) |
300 |
+ |
0 ,1 *5 0 |
= |
275°К ; |
|
|
Тэ г |
= |
( 1 - 0 ,5 ) |
300 |
+ |
0 ,5 *5 0 |
= |
175°К . |
|
Разность температур - радиояркостный контраст |
||||||||
|
|
|
|
А Т = |
тЭ1 - |
тэг = 100° К . |
|||
|
Экспериментальные значения температурного контраста для |
||||||||
волны |
Л = 3 |
см приводятся в |
таб л .8 .1 . |
|
|||||
Сухая почва Влажная почва Снег
Влажная
почва
Го О о
Т а б л и ц а 8. 1
Снег |
Вода |
40° |
110° |
|
о |
90° |
|
ГО о |
|
|
О О С |
|
4- |
В заключение параграфа следует отметить, что поскольку коэффициент отражения в сильной степени зависит от направле ния луча и вида поляризации, эти факторы существенно влияют на температурный контраст.
179
§ 8 . 2 . ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРИНИМАЕМОГО СИГНАЛА
Радиотепловое излучение объектов земной поверхности прини мается антенной радиометрической станции (пассивной РЛС - ПРЛС).
Интенсивность приема радиотепловой энергии также оценивается температурой. Антенной температурой источника называется термо динамическая температура согласованного с антенной сопротивле ния, которое дает такую же мощность шумов, как и рассматрива емый объект. Антенная.температура определяется выражением
|
|
ТА = Г 5г >| Ч ( й ) Г ( й ) с / Й . ' |
(8 .1 7 ) |
Здесь |
Тя - |
1 м-тс |
|
эффективная яркостная температура источника в |
|||
|
|
функции от направления относительно максимума |
|
|
|
диаграммы направленности; |
|
|
27 - |
коэффициент направленного действия антенны; |
|
|
F(Q)~ |
функция, выражающая диаграмму направленности |
|
|
|
антенны по мощности. |
|
Напомним, |
что коэффициент направленного действия и функция |
F ( Q ) связаны |
между собой зависимостью |
5 ■ 7 |
^ |
• |
|
|
|
Интегрирование в выражениях |
(8 .1 7 ) |
и (8 .1 8 ) |
ведется |
во |
|
всей сфере (4Ж стерадиан)и |
определяет |
результат |
приема |
излу |
|
чения, как в |
пределах основного луча, так и всеми боковыми ле |
||||
пестками. Это обстоятельство затрудняет |
использование:. фор |
||||
мулы |
( 8 .1 7 ) , |
так как |
найти аналитическое |
выражение для функ |
|
ции |
/ " ( f t ) |
далеко за |
пределами основного |
луча |
практически |
невозможно. Чтобы преодолеть эту трудность, область интегри
рования делят |
на две части ; область главного |
луча Q r |
и об |
||||
ласть |
боковых |
лепестков ( |
Q B на |
р и с .8 .2 ) . |
При этом выраже |
||
ние (8 .1 7 ) |
может быть записано |
|
|
|
|||
|
“ |
| |
я ( 2 ) 7 Яо dQ + ~ |
jV(Q)T„e{Q)dQ, |
(8 .1 9 ) |
||
|
|
й |
г |
|
Q 6 |
|
|
где |
Тя . |
- |
яркостная |
температура излучения, принимаемого |
|||
|
|
|
по главному |
лепестку; |
|
|
|
|
180 |
Тя в - |
яркостная температура излучения, принимаемого |
|
боковыми лепестками. |
Выражение |
(8 .1 9 ) можно записать в другом виде |
|
W a s * |
45Г |
QB |
Р и с.8 . 2 . Области интегрирования относительно диаграммы направ ленности антенны
К последнему члену применим теорему о среднем
•tsc
где т - средняя температура излучения, принимаемого по
’Я6
боковым лепесткам.
В_ |
J F ( Q ) d Q |
(8 .20) |
|
Р = 4-5Г |
|||
|
|||
- величина, характеризующая уровень |
боковых лепестков антенны. |
||
Излучение объекта в узких пределах главного луча можно по |
|||
лагать постоянным. Тогда яркостная |
температура Тя выносит |
||
ся из-под знака интеграла и сомножитель первого члена в соот
ветствии с формулой (8 .1 8 ) будет |
равен единице, |
а второго - |
|
коэффициенту |
р . В результате |
мы получим расчетное выражение |
|
для антенной |
температуры при наблюдении данного |
объекта |
|
ТА = ТЯ0 ^ ~ ^ ) + Ъя в р |
(8.21) |