Способ измерения диэлектрической проницаемости Советский патент 1989 года по МПК G01R27/26 

Изобретение относится к голографии и может быть использовано в геофизике и океанографии.

Цель изобретения - повышение точности и разрещающей способности измерения диэлектрической проницаемости поверхности.

На фиг. 1 изображена геометрия решаемой задачи для излучения колебаний с вертикальной поляризацией; на фиг. 2 - схема устройства, реализующая способ измерения диэлектрической проницаемости.

Устройство, реализующее способ измерения диэлектрической проницаемости, содержит передатчик 1, соединенный двумя основными выходами с передающей антенной 2, приемную антенную репетку 3, диаграммообра- зуюшие блоки 4 и 5, приемники (линейные части приемников) 6-8, квадратурные преобразователи 9-11, формирователи 12 - 18 сигналов, радиометры 19 и 20, блоки 21 и 22 перемножителей сигналов, блоки 23 и 24 вычитающих устройств, блок 25 делиелей, формирователь 26 сигналов, егистрирующие блоки 27 и 28,

Способ реализуют следуюпшм обраом.

5

В начало координат системы XYZ омещен плоский участок, покрытый елкими неровностями, ориентация оторого задана вектором нормали п. Q

Линия АО лежит в плоскости ZOY, вляется линией визирования, укаывает направление падения волны на ацет. 9 - угол между линией визиования АО и вектором п,-вектором ормали к средней поверхности XOY, совпадающим по направлению с направлением координатной оси OZ. Вектор Е соответствует направлению вектора напряженности электрического по- 2п ля для вертикально поляризованной волны относительно средней плоскости XOY. Вектор Е-г соответствует направлению вектора напряженности электрического поля для волны поля- 25 ризованной вертикально относительно плоскости фацета, лежит в перпендикулярной к участку поверхности плоскости АОп, проходящей через линию визирования АО,

6, угол падения волны на участок поверхности. Плоскость Е,ОЕ перпендикулярна плоскости ZOY, Плоскость ZOY и плоскость АОп образуют двугранный угол, линейный угол которого е 3 лежит между векторами Е , и Е I.

Из точки А излучают колебания двух взаимно ортогональньпс поляризаций, облучают этими колебаниями эле40

менты исследуемого участка поверхности, принимают отраженные сигналы двух основных взаимно ортогональных поляризаций и одной из перекрестных относительно горизонтальной плоскости, а также сигналы собственного радиотеплового излучения участка поверхности. Отраженные колебания принимаются антенной решеткой 3, которая является общей для приема от раженных сигналов и теплового излу чения, плоскость решётки содержит линию полета, расположена вертикально или горизонтально, здесь осуществляется поляризационная селекция как отраженных сигналов, так и теп- 55 лового излучения. Для разделения в каналах приема колебаний основной и перекрестной поляризаций необхо35

п 5

5

димо излучение колебаний поляризации на различных, близких частотах.

С помощью рещетки 3, диаграммо- образующих блоков 4 и 5 формируются вееры лучей на каждой поляризации, покрывающие сектор обзора и осуществляется пространственная фильтрация сигналов.

Частотная фильтрация и усиление отраженных сигналов основных и одной из перекрестных поляризаций осуществляется в линейных частях канальных приемников 6-8. Приемник 6 настроен на частоту, соответствующую частоте излученного сигнала с горизонтальной поляризацией, а приемники 7 и 8 настроены на частоту, соответствующую частоте излученного сигнала с вертикальной поляризацией.

Действия пространственной фильтрации, частотной фильтрации и усиления могут иметь различную последовательность во времени и выполняться как на высокой, так и на промежуточной частоте. Это приводит к многообразию схем, реализующих предлагаемый способ.

Далее сигналы трех поляризаций подвергают квадратурному преобразованию в квадратурных преобразователях 9 - 11, формируют сигналы, пропорциональные вещественным и мнимым частям комплексных амплитуд соответствующих высокочастотных сигналов, действующих на входах квадратурных преобразователей.

. „.. ReYse- ReYrr а ctg 20,

ImYftj - IfnYrr YBB - Y

21Лвг

2T

rr

(1)

ВГ

-действительные

и мнимйе части комплексных амплитуд сигналов соответственно вертикальной, горизонтальной и перекрестной поляризаций относительно горизонтальнойплоскости,

12 формируют сигьные котангенсам

5

удвоенных линейных углоп 6 з двугранны5 углов, в соответствии с формулой (1). Этой операцией начинается последовательность действий, позволяющая перейти к сигналам взаимно- ортогональных поляризаций, которые являются горизонтальной и вертикальной относительно систем координат, связанных с локальными плоскостя1 и наклонов множества разрешаемьгх элементов рельефа.

В формирователях 13 - 16 сигналов полученные сигналы, пропорциональные величинам а - ctg 263 преобразуют в сигналы, пропорциональные величинам tge3, ctg 63, , В формирователе 17 сигналов вырабатываются сигналы в соответствии с формулами

,, ;

(2)

YBB YeB +

-ее ctgOjYg, , и при этом формируют сигналы, пропорциональные комплексным амплитудам сигналов двух взаимно ортогональных поляризаций, приведенным к локальным плоскостям наклонов элеметов рельефа для каждого разрешаемого направления Y. и Y , а затем в

Вп

формирователе полученные сигналы

отношения этих амплитуд

преобразуют в сигналы,

Y- /У . Вв гг

Сигналы собственного радиотеплового излучения, полученные в резуль тате пространственной фильтрации в блоках А и 5, преобразуют в сигналы пропорциональные радиояркостным температурам разрешаемых элементов рельефа на двух взаимно ортогональ- ных поляризациях для каждого разрешаемого направления в отдельности Т.. и T,,g. Это дейс1 вие выполняют радиометрами 19 и 20 со сканированием или многоканальными радиомет- рами при использовании лучеобразую- щих схем.

Полученные сигналы, пропорциональные радиояркостным температурам умножают в блоках 21 и 22 на сигна- лы, пропорциональные величинам sin 63 и cos б.

В вычитающих устройствах 23 и 24 полученные сигналы вычитают один из другого в соответствии с формулами

63T,,cos

T,, sin

вз;

-Я6

dn a

r

0

5

0

5

В результате выполнения этих действий формируют сигналы, пропорциональные радиояркостным температурам разрешаемых элементов рельефа, для поляризаций, приведенных к этих

тям наклонов

плоскос- элементов Т ..

яв

в блоке 25 один из полученных сигналов (любой) делят на другой для поляризаций приведенных к локальным плоскостям наклонов разрешаемых эле- ментов. Таким образом, с помощью этих действий осуществляют переход из системы координат связанной с горизонтальной плоскостью к локапьньи системам координат, связанным с локальными наклонами отдельных элементов рельефа.

Полученные сигналы преобразуют в решающем (вычислительном) устройстве аналогового или цифрового типа (формирователе 26) в сигналы пропорциональные диэлектрической проницаемости путем решения системы нелинейных уравнений

30

(4)

В результате вьтолнения этих действий формируют изображения действительной (регистрирующий блок 27) и мнимой (регистрирующий блок 28) частей комплексной диэлектрической проницаемости, (в частном случае вещественной , второе изображение является нулевым).

sSI3 Yee Т,, Т,в

;j-5- тТ- - грТ- гг J- щ i «г

л с: i L-rt и yjit

т Г

не

/ m-S- J I liU.

2 1 - 2

-ш-s- Li,

TS

f + ilL

(5)

50

55

Возможны варианты одноканальньгх и многоканальных решений приведенного устройства со сканирующей антенной.

Возможны варианты устройств стационарного типа, которые можно устанавливать на вертолетах или космических летательных аппаратах, способных находиться некоторое время неподвижно относительно поверхности. Тогда система должна с помощью двумерной антенной решетки формировать совокупность лучей, покрывающих всю заданную плошадь поверхности.

Формула изобретения

Способ измерения диэлектрической проницаемости, заключающийся в облучении сигналами двух взаимно ортогональных поляризаций относительно го- ризонтальной плоскости исследуемого участка поверхности, измерении отраженных сигналов V.. , У и опредеб

лении действительной и мнимой частей комплексной диэлектрической проницаемости, отличающий- с я тем, что, с целью повьшения точности и разрешающей способности, дополнительно измеряют отраженный сигнал на одной из перекрестных поля

ризаций Y

и Y,

в г Г В зонтальной плоскости

относительно гои сигналы собственного радиотеплового излучения Т , Т, элементов исследуемого участка поверхности на двух взаимн ортогональных поляризациях относительно горизонтальной плоскости, а диэлектрическую проницаемость определяют по формуле

S

. S 5 PS

Yb Т,г Т„

т1Г S fir

т Y 1 - 2 i4 - +

i гг

Т;

и т:.

- радиояркостные температуры разрешаемых элементов, приведенные к локальных плоскостям наклонов элементов рельефа;

«в

Т,вС05 вз T,., sin 2 е з

T,, - Т,, Б1п бз .

cos 65 - sin бэ

S

вв

гг

комплексные амплитуды сигналов вертикальной и горизонтальной поляризаций, приведенные к локальным плоскостям наклонов элементов рельефа (при вычислениях используются либо действительные, либо мнимые части комплексных амплитуд) ;

Y

БВ

, Y,, + ctgOj YB,

+ ё.вг;

Y ,r Y,, - Y.B - ctgQjYer ,

где 0j- линейный угол двухгранного угла, образованный вертикальной плоскостью падения радиоволн на элементы рельефа поверхности и плоскостью падения, перпендикулярной плоскости наклона этих наклонов, вычисленный по формуле

ctg 26 - -

- Y,

-Чу - вг

Фиг.

Изобретение относится к голографии. Цель изобретения - повышение точности и разрешающей способности измерения. Сущность данного способа измерения диэлектрической проницаемости (ДП) поверхности состоит в том, что исследуемый участок поверхности облучают сигналами двух взаимноортогональный поляризаций относительно горизонтальной плоскости. Затем отраженные сигналы измеряют и определяют действительную и мнимую части комплексной ДП. Для достижения цели дополнительно измеряют отраженный сигнал на одной из перекрестных поляризаций относительно горизонтальной плоскости. Кроме того, измеряют также и сигналы собственного радиотеплового излучения элементов исследуемого участка поверхности на двух взаимноортогональных поляризациях относительно горизонтальной плоскости. Используя полученные данные по формуле определяют ДП поверхности. Дана ил. выполнения устройства, реализующего данный способ. 2 ил.