Способ определения матрицы рассеяния исследуемого объекта Советский патент 1983 года по МПК G01S13/95 

Изобретение относится к радиолокационной метеорологии и может использоваться при радиолокационном исследовании облаков и осадков, при решении задачи селекции зон облачности и осадков на фоне радиолокационных отражений от различных типов земных покровов и распознавании различных типов облаков и осадков по их радиолокационным характеристикам. Известен способ определения матри цы рассеяния исследуемого объекта, заключающийся в том, что исследуемый объект облучают волной линейной вертикальной и горизонтальной поляризации, линейно поляризованной волной с углом ориентации S и волной круговой поляризации, принимают ответные сигналы и определяют четыре коэффициента матрицы рассеяния tl 3Однако известный способ позволяет определять матрицу, состоящую только из четырех коэффициентов.. Цель изобретения - определение полной матрицы рассеяния. Указанная цель достигается тем, что согласно способу определения мат рицы рассеяния исследуемого объекта. заключающемуся в поочередном облучении исследуемого объекта волной гори зонтальной поляризации, линейно поля ризованной волной с углом ориентации 5° и волной круговой поляризации, исследуемый объект дополнительно облучают неполяризованной волной, а на передаче и приеме измеряют для всех типов волн параметры Стокса ИЭЛ ИЭА ОТр ioTp ОТр от-п с последующим определением ко эффициентов Т: матрицы рассеяния по формуле где , k 1-4. На чертеже представлена схема, по ясняющая предлагаемый способ. Пусть объект радиолокационного на блюдения представляет собой метеорологическую цель в виде облачности или осадков Ц и облучается электромагнитной волной с вектором Стокса , имеющим составляющие JVOA цз определяемые соотношением....Е иэл -1-- E EjCOsA . где E.f и Eg - амплитуды ортогональных линейно поляризованных составляющих в базисе (1,2 )в соответствии с чертежом; - разность фаз между этими составляющими; звездочка означает комплексно сопряженную величину, а черта - осреднение во времени. Составляющие вектора Стокса излучаемой волны всегда могут быть известны заранее. При отражении падающей волны облаками и осадками происходит изменение поляризации и отраженные сигналы в общем случае оказываются частично поля|зизованными даже в том случае, если облака и осадки облучаются линейно поляризованной волной. В этом случае четыре параметра , QOTP отр V вектора Стокса S определяющие поляризацион °® состояние отраженной волны, будут являться линейнь/ми функциями четырех параметров J.. . -M3N изк иэА H1з тора Стокса 5, излученной волны. в результате чего можно записать (ГГр- -Г1 изл ®у1ЭА « изл -Г4 изл ®отр 21 изл- Тг2®изл 2Э иэл 24Ч.зл tVp f3l M3/ 32QM3A VM3/ VH3A (2) Ч) иЗ/«-42®изл- з иэл- 44 иЗл Полученная система линейнах уравнений может быть записана в матричной форме 31 31 33 34 3 44 отр изл где Т - матрица, определяющая отражающие свойства объекта радиолокационного наблюдейия, элементы которой являются действительными числами. так как все параметры обоих векторо Стокса также являются действительны ми числами,потому что они представл ют собой энергетические характерист ки волны. Очевидно, что для облаков и осад ков различной природы и микрофизической структуры, а следовательно, обладающих различными отражающими свойствами, структура матрицы Т будет различной, так как будут различ ее коэффициенты T(i 1-й, k 1Указанное различие предлагается использовать для идентификации облако и осадков по определенным классам, число которых может быть определено в зависимости от степени изменчивос элементов для различных типов а мосферных образований. Для решения задачи идентификации облаков и осадков по определенным классам в зависимости от структуры матрицы Т должны быть измерет ны все ее элементы Tj,.Измерение ука занных элементов может быть выполнено путем облучения исследуемого атмосферного образования последовательно волнами четырех поляризаций: неполяризованной волной, волной вер тикальной (горизонтальной )поляриза ции, линейно поляризованной волной с углом наклона поля в kS относительно осей выбранного базиса (1,2) и волной круговой поляризации 1. При облучении метеорологическ .го объекта неполяризованной волной, для которой вектор Стокса определяется как Выражения (2) будут иметь вид т(1/ -т т (и отр 11 изл -,(1) отр-21 изл и т огр 31 иэл -Т D отр 41 ИЗА

ткуда определяются элементы первого толбца матрицы

,(1)

uLl

all

отр

т r--OIE ;T )

т,.) ПлI л I Ллl I

(1) 21 -,(1)

3i

изл

изк

изл

(1-г/. Так как параметр 3:fA излучаемой волны известен заранее, а параметры .и Й Р-ктора Стокса отраженной волны измеряются, то соотношения (7) полностью определяют элементы первого матрицы Т. 2. При излучении исследуемой метеорологической цели волной вертикальной поляризации (вектор поля Е - компланер оси базиса (1,2), для которой вектор Стокса имеет вид С,{2 изл О Соотношения (2) преобразуются как (2). (2), отт И иэл 12 изл -Т +Т Q УФ 21 ) т -jix .-I- flv и«.- ал- .., Un ц%Л ОТГЗГ (Ul -Т +Т б отр- Ч иЗА 4-2 мэ А откуда при известных заранее JlJjis. иал .определенных прежде Т , Tg, Тя-1 и Т.. и измеренных J , , ilO .T f отр ОТ ofp , однозначно определяются элементы второго столбца матрицы Т по формулам ).т .,(21 j(-r (ЯР 21 иЗА отр ti изл Ча Q(2) i(io; .-т. L,(2; -jd) .отр Э1 из/ QfTp 41 из ftl2l г ИЗА Заметим, что в данном случае jJj и выражения (Ю), по которым вычисляются элементы второго столбца матрицы, упрощаются и принимают вид 3. Для определения элементов третьего столбца матрицы исследуемую метеорологическую цель необход мо облумить линейно поляризованной волной с углом наклона вектора пол в 15 по отношению к осям базиса (1,2). Вектор Стокса такой волны и ет вид ЛЗ) О - Для такой волны j,3 (иэк ° аналогии с (10) и (мГ элементы третьего столбца матрицы Т будут определяться из соотношения 1« Для этого случая соотношения (2) будут v ц-иэл 14 мэл 1 -t-T Д4и ОГр 21 ИЗЛ 24 изл ОТР э- изл T..V отр 41 изл 44 иэл т-( Так как для данного случая изл поэтому по аналогии с (10) (11) могут быть определены элементы четвертого столбца матрицы Т в соответствии с соотношениями

(13)

иэл

изл

. Наконец, для определения элементов четвертого столбца матрицы Т исследуемое атмосферное образование необходимо облучить волной круговой поляризации безразлично с каким направлением вращения поля. Для такой волны вектор Стокса имеет вид

(4)

мэл

Д4) г О(14}

изл о

у(4)

ИЭЛ

Таким образом,в результате последовательного облучения метеорологической цели волнами четырех известных поляризаций и измерения параметров Стокса отраженной волны полностью определяется матрица объекта Т, характеризующая его отражающие свойства Различия в значениях элементов матрицы различных типов облаков и осадков положены в основу их идентификации.

Таким образом предлагаемый способ в отличие от известного позволяет определить 16 коэффициентов матрицы рассеяния, т.е. дает полное представление оП отражающих свойствах исследуемого объекта.