cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2019-22-3-57-66caht-1519Research ArticleАВИАЦИОННАЯ И РАКЕТНО-КОСМИЧЕСКАЯ ТЕХНИКАAVIATION, ROCKET AND SPACE TECHNOLOGYОТРАЖЕНИЕ РАДИОВОЛН ПРИ ДИСТАНЦИОННОМ ЗОНДИРОВАНИИ ПОДСТИЛАЮЩИХ ПОКРОВОВRADIO-WAVES REFLECTION AT REMOTE SENSING OF UNDERLYING COVERSЛигхартЛ. П.LigthartL. P.

Лигхарт Лео Петрус, доктор философских наук, почетный доктор МГТУ ГА, Делфтский технологический университет, Международный исследовательский центр телекоммуникаций и связи и радиолокации

Leo P. Ligthart, Doctor of Philosophy, Honorary Doctor of Moscow State Technical University of Civil Aviation, Delft University of Technology, International Research Centre for Telecommunications-Transmission and Radar

l.p.ligthart@its.tudelft.nlКозловА. И.KozlovA. I.

Козлов Анатолий Иванович, доктор физико-математических наук, профессор кафедры технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта

Anatoly I. Kozlov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences, Professor of Air Transport Radio Electronic Equipment Maintenance Chair

vilandes@yandex.ruЛогвинА. И.LogvinA. I.

Логвин Александр Иванович, доктор технических наук, профессор кафедры Управления воздушным движением

Alexander I. Logvin, Doctor of Technical Sciences, Professor of Air Traffic Control Chair

vilandes@yandex.ruАвтинИ. В.AvtinI. V.

Автин Игорь Викторович, аспирант кафедры технической эксплуатации радиоэлектронного оборудования воздушного транспорта

Igor V. Avtin, Post-graduate Student of Air Transport Radio Electronic Equipment Maintenance Chair

igarrykavt@gmail.comДелфтский технологический университетНидерландыDelft University of TechnologyNetherlandsМосковский государственный технический университет гражданской авиацииРоссияMoscow State Technical University of Civil AviationRussian Federation2019280620192235766Copyright © Лигхарт Л.П., Козлов А.И., Логвин А.И., Автин И.В., 20192019Лигхарт Л.П., Козлов А.И., Логвин А.И., Автин И.В.Ligthart L.P., Kozlov A.I., Logvin A.I., Avtin I.V.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1519

настоящее время активно развиваются технологии мониторинга, которые позволяют извлекать и использовать некоординатную информацию об объектах. Некоординатная информация – это информация о типе и свойствах исследуемого объекта. Основным методом решения задач мониторинга является дистанционное зондирование, где особое место принадлежит радиолокационным методам, опирающимся на пространственно-временную обработку сигналов, и в частности на методы радиополяриметрии. Для решения задачи мониторинга необходимо иметь информацию о поверхности. Поскольку даже небольшие изменения электрических и физических свойств (солености, влажности, состава почвы и т. д.) таких зон приведут к изменению основной электрофизической характеристики поверхности – комплексной диэлектрической проницаемости. В статье приводятся строгие решения задач отражения радиоволн от слоистой поверхности с различными законами изменения комплексной диэлектрической проницаемости –  по глубине. Рассматриваются среды с экспоненциальным и квадратичным законами изменения  при произвольных углах падения радиоволны на поверхность . Для слоистых сред с законами изменения комплексной диэлектрической проницаемости, носящими полиномиальный и линейный характер, строгое решение получено для случая вертикального визирования. Отдельно рассматривается аналогичная задача для параболического слоя. Проводится детальный анализ отражения радиоволн от среды с согласующим слоем. Подробно исследуется характер электромагнитного поля внутри переходного слоя. Статья иллюстрируется графическими зависимостями коэффициентов отражения электромагнитной волны от слоистой среды с линейным и экспоненциальным законами изменения комплексной диэлектрической проницаемости по глубине.

Monitoring technologies are rapidly developing at present and allow to extract and use non-coordinate information about objects. Noncoordinate information is the information about the type and properties of an object under study. Remote sensing is the main method of solving monitoring problems where special positioning belongs to the radar methods, based on space-time processing of signals and, in particular, on methods of radio polarimetry. It is necessary to have information about the surface in order to solve the monitoring task. The slightest changes in the electrical and physical properties of such areas as salinity, humidity, soil composition, etc. will lead to a change in the basic electrodynamics of the surface, notably its complex dielectric permittivity. The article demonstrates the precise solutions to the problems of radio-waves reflection from a layered surface with various laws of changes of the complex permittivity  in depth. Media with exponential and quadratic laws of variation  for arbitrary angles of incidence of the radio wave on the surface are considered. Precise decision is obtained for layered media with the law of change in the complex permittivity the polynomial and linear characteristics. A similar problem for the parabolic layer is considered separately. The detailed analysis of radio waves reflection from the medium with a matching layer is carried out. The nature of the electromagnetic field inside the transition layer is studied in detail. The article is illustrated by the graphs showing the dependences of an electromagnetic wave reflection coefficient on the layered medium with linear and exponential laws of variation of the complex dielectric constant over depth.

поляризацияматрица рассеянияподстилающая поверхностькомплексная диэлектрическая проницаемостьсканированиедистанционное зондированиеpolarizationscattering matrixunderlying surfacecomplex dielectric permittivityscanningremote sensingReferencesКозлов А.И., Логвин А.И., Сарычев В.А. Поляризация радиоволн. Кн. 2. Радиолокационная поляриметрия. М.: Радиотехника, 2007. 640 с.Kozlov, A.I., Logvin, A.I. and Sarychev, V.A. (2007). Polyarizatsiya radiovoln. Tom. 2. Radiolokatsionnaya polyarimetriya [Polarization of radio waves. Vol. 2. Radar polarimetry]. Moscow: Radiotekhnika, 640 р. (in Russian)Маслов В.Ю. Разрешение по дальности двух точечных объектов с использованием ортогонально поляризованных электромагнитных волн // Научный Вестник МГТУ ГА. 2006. № 107. С. 55–59.Maslov, V.Yu. (2006). Razresheniye po dalnosti dvukh tochechnykh obektov s ispolzovaniyem ortogonalno polyarizovannykh elektromagnitnykh voln [Resolution on the range of two point objects using orthogonally polarized electromagnetic waves]. The Scientific Bulletin of the Moscow State Technical University of Civil Aviation, no. 107, pp. 55–59. (in Russian)Маслов В.Ю. Пеленгование протяженных объектов с использованием ортогонально поляризованных электромагнитных волн // Научный Вестник МГТУ ГА. 2006. № 107. С. 68–72.Maslov, V.Yu. (2006). Pelengovaniye protyazhennykh obektov s ispolzovaniyem ortogonalno polyarizovannykh elektromagnitnykh voln [Direction finding of extended objects using orthogonally polarized electromagnetic waves]. The Scientific Bulletin of the Moscow State Technical University of Civil Aviation, no. 107, pp. 68–72. (in Russian)Маслов В.Ю. Дифференциальная радиополяриметрия при отражении электромагнитных волн от двух объектов // Научный Вестник МГТУ ГА. 2005. № 93. С. 116–119.Maslov, V.Yu. (2005). Differentsialnaya radiopolyarimetriya pri otrazhenii elektromagnitnykh voln ot dvukh obektov [Differential radio polarimetry in the reflection of electromagnetic waves from two objects]. The Scientific Bulletin of the Moscow State Technical University of Civil Aviation, no. 93, pp. 116–119. (in Russian)Хорн Р., Джонсон Ч. Матричный анализ: пер. с англ. М.: Мир, 1989. 120 с.Horn, R. and Dzhonson, Ch. (1989). Matrichnyy analiz [Matrix analysis]. Per. s angl. Moscow: Mir, 120 р. (in Russian)Справочник по радиолокации. В 2-х кн. / под ред. М.И. Сколника. М.: Техносфера, 2014.Spravochnik po radiolokatsii. V 2-kh kn. [Reference book of radar]. (2014). Ed. M.I. Skolnik. Moscow: Tekhnosfera. (in Russian)Верба В.С. Авиационные комплексы радиолокационного дозора и наведения. Принципы построения, проблемы разработки и особенности функционирования. М.: Радиотехника, 2014. 525 с.Verba, V.S. (2015). Aviacionnye kompleksy radiolokacionnogo dozora i navedeniya. Principy postroeniya, problemy razrabotki i osobennosti funkcionirovaniya [Aviation complexes of radar surveillance and guidance. Principles of construction, problems of designing and features of functioning]. Moscow, Radiotekhnika, 525 р. (in Russian)Канащенков А.И., Меркулов В.И., Самарин О.Ф. Облик перспективных бортовых радиолокационных систем. Возможности и ограничения. М.: ИПРЖР, 2002. С. 8–18 с.Kanaschenkov, A.I., Merkulov, V.I. and Samarin, O.F. (2002). Oblik perspektivnykh bortovykh radiolokatsionnykh sistem. Vozmozhnosti i ogranicheniya [The appearance of perspective on-board radar systems. Possibilities and limitations]. Moscow: IPRZHR, рр. 8–18. (in Russian)Лавров А.А. Радиолокационный скоростной портрет цели. Основы теории. М.: Радиотехника, 2013. С. 106–108.Lavrov, A.A. (2013). Radiolokatsionnyy skorostnoy portret tseli. Osnovy teorii [Radar high-speed portrait of the target. Fundamentals of the theory]. Moscow: Radiotekhnika, рр. 106–108. (in Russian)Дудник П.И., Ильчук А.Р., Татарский Б.Г. Многофункциональные радиолокационные системы: учебное пособие. М.: Дрофа, 2007. 282 с.Dudnik, P.I., Il'chuk, A.R. and Tatarskij, B.G. (2007). Mnogofunktsionalnyye radiolokatsionnyye sistemy [Multifunctional radar systems]. Uchebnoye posobiye [Training manual]. Moscow: Drofa, 282 р. (in Russian)Кондратенков Г.С., Фролов А.Ю. Радиовидение. Радиолокационные системы дистанционного зондирования Земли: учебное пособие. М.: Радиотехника, 2005. 280 с.Kondratenkov, G.S. and Frolov, A.Yu. (2005). Radiovideniye. Radiolokatsionnyye sistemy distantsionnogo zondirovaniya Zemli [Radio broadcasting. Radar systems for remote sensing of the Earth]. Uchebnoye posobiye [Training manual]. Moscow: Radiotekhnika, 280 р. (in Russian)Радиоэлектронные системы. Основы построения и теория: справочник / под ред. Я.Д. Ширмана. 2-е изд., перераб. и доп. М.: Радиотехника, 2007. 340 с.Radioelektronnyye sistemy. Osnovy postroeniya i teoriya [Radioelectronic systems. Fundamentals of construction and theory]. (2007). Spravochnik [Reference book]. Ed. Ya.D. Shirman. 2-e izd., pererab. i dop. Moscow: Radiotekhnika, 340 р. (in Russian) 13. Biard, R.U. and Mak, Lejn T.U. (2015). Malye bespilotnye letatelnye apparaty: teoriya i praktika [Small unmanned aerial vehicles: theory and practice]. Per. s angl. Moscow: Tekhnosfera, 120 р. (in Russian)Биард Р.У., МакЛэйн Т.У. Малые беспилотные летательные аппараты: теория и практика: пер. с англ. М.: Техносфера, 2015. 120 с.Ostrovityanov, R.V. and Basalov, F.A. (1982). Statisticheskaya teoriya radiolokatsii protyazhennykh tseley [Statistical theory of the radar of extended targets]. Moscow: Radio i svyaz, 260 р. (in Russian)Островитянов Р.В., Басалов Ф.А. Статистическая теория радиолокации протяженных целей. М.: Радио и связь, 1982. 260 с.Obnaruzheniye, raspoznavaniye i opredeleniye parametrov obrazov obektov. Metody i algoritmy [Detection, recognition and definition of the parameters of objects images. Methods and algorithms]. (2012). Ed. A.V. Korennoj. Moscow: Radiotekhnika, 112 р. (in Russian)Обнаружение, распознавание и определение параметров образов объектов. Методы и алгоритмы / под ред. А.В. Коренного. М.: Радиотехника, 2012. 112 с.Zvezhinskij, S.S. and Ivanov, V.A. (2007). Klassifikatsii i informatsionno-izmeritelnyye modeli sredstv obnaruzheniya [Classification and information-measuring models of detection tools]. Spetsialnaya tekhnika [Special equipment], no. 6, рр. 26–32. (in Russian)Звежинский С.С., Иванов В.А. Классификации и информационно-измерительные модели средств обнаружения // Специальная техника. 2007. № 6. С. 26–32.Kozlov, A.I., Ligthart, LP. and Logvin, A.I. (1998). Modeling and verification of earthbased radar objects. Vol. 7. Requirements to accuracy and reliability of the equipment of determination of the objects parameters and signal characteristics. Moscow – Delft, 112 р.Kozlov A.I., Ligthart L.P., Logvin A.I. Modeling and verification of earth-based radar objects. Vol. 7. Requirements to accuracy and reliability of the equipment of determination of the objects parameters and signal characteristics. Moscow – Delft, 1998. 112 с.Kozlov, A.I., Ligthart, LP. and Logvin, A.I. (2001). Mathematical and physical modeling of microwave scattering and polarimetric remote sensing. Monitoring the earth's environment using polarimetric radar: formulation and potential applications. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 410 p.Kozlov A.I., Ligthart L.P., Logvin A.I. Mathematical and physical modeling of microwave scattering and polarimetric remote sensing. Monitoring the earth's environment using polarimetric radar: formulation and potential applications. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2001. 410 р.Kozlov A.I., Ligthart L.P., Logvin A.I. Mathematical and physical modeling of microwave scattering and polarimetric remote sensing. Monitoring the earth's environment using polarimetric radar: formulation and potential applications. Netherlands: Kluwer Academic Publishers, 2001. 410 р.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.