Эффекты двукратного прохождения волн в случайно неоднородных средах тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

МОСКОВСКИЙ ОРДЕНА ЛЕНИНА И ОРДЕНА ТРУДОВОГО КРАСНОГО ЗНАМЕНИ ПЕДАГОГИЧЕСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ имени В. И. ЛЕНИНА

Специализированный совет К 053.01.03

На правах рукописи

НСМАГИЛОВ Фарит Мусович

ЭФФЕКТЫ ДВУКРАТНОГО ПРОХОЖДЕНИЯ ВОЛН II СЛУЧАЙНО НЕОДНОРОДНЫХ СРЕДАХ

Специальность 01.04.03 — радиофизика

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических паук

Москва 1992

Работа выполнена в Московском ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени педагогическом государственном университете имени В. И. Лепина.

доктор физико-математических наук, профессор С. И. СТОЛЯРОВ

кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник Л. А. АПРЕСЯН

Ведущая организация: Нижегородский государственный университет.

на заседании Специализированного совета К 053.01.03 по присуждению ученой степени кандидата физико-математических наук в Московском педагогическом государственном университете имени В. II. Ленина (111)435, Москва, М. Пироговская ул., д. 29, ауд. 30).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета (Москва, М. Пироговская ул., дом 1, МПГУ имени В. И. Ленина).

Автореферат разослан ......1992 г.

Научный 1» у ко в о д п т о л ь:

доктор физико-математических наук, профессор Ю. А. КРАВЦОВ

Официальные оппоненты;

Защита состоится «

У1 " ^1ециалнзпронанного Совета

Л. Б. ЛНТВАК-ГОРСКАЯ

- 1 -

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В послэдшо время большое внимание уделяется созданию адаптивных систом, обращающих волшбой фронт падающего излучения, в тон число антенн ОБО, предназначенных для компенсации влияния нэоднородностеЯ среди и восстановления когерентных свойств распространяюгцхся в турбулентных средах пучков [1,21. В основе корректировки отраженного излучв!шя с помощью ОВЕ лвкит пргавдш взаимности, или оптпчоской обратимости [31, обусловливавший тсвдэствшшость флуктуация в элементарных волнах для прямого и обратного распространения. Широкий интерес к адаптивным системам на базо ОВФ обуслоатш, в частности тем, что в иэлинеПноЯ оптике за послэд}е?о 15-20 лот бил предлоге» целый ряд методов создания "обращенной" волш! 14].

Для ряда задач алгоритм ОВФ кохет быть использован в качестве способа фокусировют излучения в случайно-неоднородной средах. Возвращение отраташгоЯ волны через те ::е неоднородности, через кото-р':з гфопла падзгтг^л гелла, приЕзд*"" " автоматической ког.'ленеащш фазовых искажений (напр'.п/.ер, в случае точечного источника и покоящихся крупномасштабных неоднородоостеЯ) и обеспечивает доеттаонио дифракционного продела фокусировки излучения. Поэтому актуален вопрос о0 эффективности применения таких систем при репэши различных задач локации и зондирования, оптической связи и оптимальной передачи анергии в реальных турбулентных средах.

Двукратное прохождение воли через одни и те ке неоднородности возникает но только при использовании ентонп ОМ, но и в экспериментах по обратному рассеянии в турбулентных средах; на системах, содержащих хаотичестси расположенные рассеиватели; на телах сложной Форш шш имеющих внутренню» структуру и на шероховатых поверхностях. При совмещении полония приемпша с полокением источника возникают когерентные каналы Уотсона, которые приводят к угловому перераспредели«!) интенсивности рассеянного поля и появлению &$фэкта усиления обратного рассеяния (УОР) £5,6). Последний состоят з том, что средняя интенсивность волн, рассеянных строго назад, преилзаэт интенсивность волн, рассеянных d направлении "почти назад", т.о. при удалении приемника от источника на гршшцу зоны деПствия когерентных эффектов. Таким образом, эффект УОР относится к тем явлениям, где наличие неоднородаостея приводит не к ослаблению интенсивности распроотранящгасся пучкоп излучения, а,

наоборот, к его усилению.

Последовательный учет влияния характера неоднородностей рассеивающих сред (плотность рассеивателей, их форма, внутренняя структура) на величину и поляризационные характеристики фактора усиления важен при идентификации целей, напримар, в задачах лазерной локации. В экспериментах по отвагишш от статистически неровной поверхности сравнение зеркальной и антнзеркальной компонент рассеянного поля позволяет сделать вывод о размерах и крутизна неоднородностей.

Все это определяет актуальность темы диссертации.

Общей целью нашей работы явилось дальнейшее исследование свойств изучения при двукратном прохождении в случайно неоднородных средах. При этом перед нами стояли три задачи:

1. Исследовать эффективность применения принципа обращения волнового фронта при фокусировке поля в точки, не совпадащие с положением реперного источника.

2. Исследовать поляризационные характеристики поля, обратно рассеянного системой нескольких частиц.

3. Исследовать возможность появления сффекта УОР при рассеянии с преобразованием типа волн.

Научная новизна работы состоит в том, что:

1. Определены размеры области вокруг источника, в которой интесивность поля, сфокусированного по алгоритмам невозмущанного пространства, сохраняет сео» величину при наличии неоднородностей.

2. Исследованы поляризационные характеристики при обратном рассеянии на одном и двух рассеивателях, о тега» возможное их изменение при переходе к большему количеству рассоивателей:

а) Эффект усиления при обратном рассеянии р-полярнзованиой компоненты падащего излучения на одиночном рассеиватело вблизи границы раздела двух сред является подавленным, по сравнении с 8-поляризованной компонентой, а при угле падения 0=тс/4 он вообще отсутствует.

б) Конус обратного рассеяния первоначально линейно поляризованной волны на системе двух малых рассекЕателой, расстояние мевду которыми р намного превосюдат длину волны К (р»А) является сильно анизотропным: фактор усиления недеполяризованной компонента в юсемь роз превосходит усиленно кросс - поляризованной компоненты.

в) ССлшяшо двух рассеивателеЯ приводит к шравнивашш

фактора усиления в недеполяризованпом и кросс - поляризованном каналах.

г) Эквидистантное расположение системы из нескольких рассеивателой приводит при определенных условиях (расстояние между частицами 1фатно целому числу длин волн) к резкому увеличению фактора усиления и исчезновению явления деполяризации.

3. Исследованы возможности возникновения эффекта УОР на некоторых многомодовнх резонансных системах: упругая одномерная пластина в шдкости и статистически неоднородная поверхность, представленная в виде модели открытых плоских волноводов.

а) При обратном рассеянии на- тонкой пластипо, длина которой й существенно превосходит длину волш падающего излучения к (с!»М и в которой возможно возбуждение собственных изгибных колебаний, обеспечивается значительная величина усиления з б/к.

б) При рассеянии на иероховатой поверхности с крупными (по сравнению с длиной волны) и крутыми неоднородностями зеркальная компонента рассеянного поля сопоставима с антизеркальной кошонентой.

зта пп^о^пттча рнносятся на защиту.

Практическая значимость работы заминается в том, что

- результаты проведенного исследования могут быть использовали при выработке рекомендаций по адаптивным методам устранения влияния неодаородаостэй среда. Область эффективной фокусировки вокруг источника по совпадает с радиусом когерентности волны, что необходимо учитывать при реиешш задачи оптимального размещения репэртзх источников для надежно!» фокусировки шля в любую точку заданной области;

- рассчитанная степень деполяризации {=1/8 при рассеянии на системе двух частиц находится в прекрасном соответствии с литературными доншша то обратному рассеянию на взвесях [71, что позволило определить доминирунптй механизм - парное рассеяние - возникновения тйокта УОР и оценить плотность рассеивателей;

- проведенный анализ дает основания для поиска эффекта УОР на разнообразных системах, обеспечивающих трансформацию падапцей волна в другие типы колебаний с последующи их излучением.

АпггроОащщ работы. Основные результаты работы докладывались па международном семинаре "Прохождение и рассеяние света в случайных средах и на неровных поверхностях" (Испания, 2-5 сентября 1991 г.), на семинарах в МПГУ им.В.И.Ленина, ИОФ РАН, НИИ "Полгс".

Публикации. По теме диссертации опубликовано б печатных работ.

Структура и обьем диссертации. Диссертация состоит из ВВ0Д01ШЯ, трех глав и заключения, содершт всего 164 страницы текста, из них 25 рисунков и список литературы из 86 наименований. В первом параграфе каждой главы кратко рассматривается постановка задачи и содержание главы, в послодаем параграфе форлулирувтся краткие выводы.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ '

Во вваде>пга обоснована актуальность темы исследования, сформулирована цель диссертационного исследования, показана новизна и практическая значимость роботы, дано краткое содерхшшю диссертации.

В первой главе рассматриваются возмозшости использования принципа обращения волнового Фронта для фокусировки излучения. Отражение волны от точечного источника при полном его перохвато приводит к компенсации нооднородностей и идеальной фокусировко обращенной волны в точку расположения источника. Ограниченность аппертуры зеркала ОВФ даго в однородной средо ещо но гарантирует хорошего качоства восстановления структуры исходного поля. Поэтому при использовании антенн ОВФ основная задача видится п достижении дифракциошюго продола фокусировки отрахш иного излучения в окростности источника. До настоящего времени когеронтшэ свойства отраженного поля и ого средняя ш1тонс1шность анализировались при "чистом" обращении волнового поля, когда излучешш фокусируется d окрестности источника [8,9].

В данной главо рассматриваются возмсшюсти фокусировки в точки, не совпадающие о полохзннем точки излучения. Рассматривал слабые и крупномасатабныо наоднородности, рассешшо ыогно вффок-тивно описывать в фазовом приближении геометрической оптики [10]. Флуктуации проницаемости среды е(г) при атом приводят к фазовый фшуктуациям функции Грина, величина которых определяется интогра-лом вдоль траектории невозмущенного луча. Если неоднородности среды покоятся, то при фокусировке в исходную точку излучения ?0 отрааенноя волна проходит чероз те сэ неоднородности, чэрэз

которые прошла падающая волна. В результате происходит компенсация влияния иеоднородностой и реализуется дифракционный предел фокусировки, при этом максимальная интенсивность в фокальном пятне достигает величины интенсивности в однородной среде 10.

ОокусироЕку о произвольную точку пространства г,^- будем осуществлять Фазовой коррекцией функции Грина, обеспечивающей сохранение 1штеис1шн0сти 10 в нэвозмущенной среде. Влияние иеоднородностой когаснснруотся в этсм случае но полностью, в результате чего дифракционная картина несколько размывается, а максимальная интенсивность в фокальном пятне, достигаемая в точко предлолаго-змоЯ фокусировки г,, уменьшается:

^тах _ ,

1хоо=1(?1)-1§- Гг°) ] ] ехр^/2), (1)

3А аА

где площадь поверхности антенны,

°ф = ~ - Ф^о'-Рг5 * Ф<Рг*?1>>2>

- величина, описывающая склад иооднородностей,

Р

ФС^Р» = ~иг | е(?(а)) йз (3)

г

- флуктуационная составляющая фазы в функции Грина. Основная задача, которая решается в этой главе, заключается в том, чтобы оценить размеры области надежной фокусировки вокруг источника, в которой интенсивность поля, сфокусированного по алгоритму невозмущенной среды сохранит свою величину при наличии случайных неоднородностей. В качестве критерия надежности фокусировки рассматривается условие

^оо^Г- <4>

Описание флуктуация проницаемости среда е проводится как в рамках корреляционной модели среда (в качестве примера рассматривается гауссовская функция), так и в рамках турбулентной модели (рассматривается степенная зависимость структурной функции о произвольным показателем).

В работе проведено сравнение поперечной области эффективной фокусировки с попэречзшм радиусом когерентности первоначально сфэ-

- б -

рической бсшш, прошедшей расстояние от точки излучения до антошш ОВФ, для кошфетных параметров сроды. Поведошш их имеет много общего - оба размера убивают с удалением точки излучения от антошш. Однако величина области фокусировки сильно зависит от размеров' антошш, в результате чего ее поперочннй размер могот бить как боль-шо радиуса когеронтности (для небольших размеров' антенн), так и меньше ее. Анализ показал, что интуитивные представления о размере области наложной фокусировки как о радиусо когерентности имеют весьма ограниченную область пршанимости. Например, для среда, описываемой гауссовской корреляционной функцией, только для линейной антенны с размером L-4Ze поперечный размор области фокусировки имеет примерно ту ие величину, что и*радиус когерентности.

Результаты проведенного расчета для безграничной сроды несложным образом распространяются на ограниченную сроду, параметры которой (высота, проницаемость и т.д.) слабо меняются в горизонтальной плоскости. Естесствонным примером такой системы является океанический волновод. Россояниэ в такой среде аффективно описывается в рамках теории "вертикальных мод и горизонталышх лучей" 111].

Фокусировка волн в случайно - неоднородной среде, заполнящэй океанический волновод, могот Сыть осуществлена тем го способом, что и в безграничной среде (атмосфере), однако обращать и фокусировать приходится ухо по одну волну, а набор собственных распространяющихся волн. Если полю линейной антошш в безграничной среде поставить в соответствие поло антошш в волноводе, которая развита как по вертикали, так .и по гортаоитали, причем в горизонтально;! плоскости всо элементы вэзбуадают одну и ту но нормальную волну волновода, то вырапзшш для величины о^, описывающей влияние неоднородностоП по трассе распространения, оказываются очень Слизкими и результаты синтеза лшейшх ентонн пороносятся на волноводную задачу.

Располагая поперечными (Д1_,_) и продольника (ДХ|) размерам области эффективной фокусировки, ш в состоянии оцепить ипгамаль-ноо число роперных источников, необходимое) для надоглгой фокусировки в любую точку заданной области пространства и рогшть вопрос об .оптимальном их размощешш. Если ДУа(Л1х)2Д1| - обьеы области эффективной фокуафовки вокруг одного источника, расположенного во ФронелевскоП зоне антошш, то для области объемом V потребуется

П=У/АУ -репэргеи источгапо, Если же источник находится по

фраунгофоровоя зона антопш и - угловой размер зоны

эф!«кт1ШНоЯ фокусировки (г-расстоянио от антенны до источника), то для перекрытия сектора углов раствором 0 потребуется примерно И=п/лп/исто'пшкоп.

Во второй гллпо исследуются поляризационные характеристики эффекта УОР, связанные с векторным характером электромагнитных волн. До ппстотцого времени изучались особенности эффекта УОР па чрезвычайно больном количество хаотически расположенных ряссоиватолой, позволяющем переходить к приблитшю сплошной среда Сем. напр. обзорную работу С61). Могзду том случай малого числа рассаивэтолэЯ, при котором суммирование еще нельзя заменить кнтогрировашгсм, представляет самостоятельный интерес и заслуживает отдельного рассмотрения, поскольку позволяет в некоторых случаях определить доминирующий механизм возникновения УОР и ого поляризпцпонние свойства.

Пусть 5к - ото центры элементарных объемов рассеивающей среды. При приблигднпш приомннка 0' к источгапсу 0 поля и''-а;о-31-32-.. .-Зп-0") « и'-и(0~3 - -»Б2—»Б^О'), рассеянные одтми и теми же частицами в прямой и обратной последовательности, в силу теоремы взаимности, оказываются когерентными (когерентные каналы Уотсоиа): и'=и'. При удалении приемника от источника когерентность полеЯ и' и и' теряется. В результате возникает пространственное перераспределение интенсивности рассешшого поля, заклЕчавдееся в эффекте усиления обратного рассеяния.

Рассмотрение Уотсона имеет скалярный характер и полезно для выявления возможности существования эффекта УОР в системе. Векторный характер электромагнитных волн вносит некоторые особенности в это явление. Для описания рассеяния в дипольном приближении прэдполагаэтея, что размеры честиц й существенно меньше длшы волны падащего излучения \ и расстошшя между ними р.

Рассеяние на частице, распологенной вблизи грашцы раздела двух сред легко описывается введением зеркального диполя, ношшсирущвго плиянио грагащы. Отракение от грошщы кмоет суцоствэнно различный характер для двух возмогших поляризаций первичного поля относительно плоскости падения: а) з-поляризация -вектор поляризации электрического шля, излучаемого источником, перпендикулярен плоскости падения, б) р-поляризация - вектор

поляризации лежит в плоскости падения.

Эффекта деполяризации, т.е. перехода одной поляризации в другую при рассеянии на одной частице не происходит и кзкдая компонента падающей волны рассеивается независимо.

Если ра.ссеиватель Б шеет случайное полоконие в некоторой области охватыващей достаточно много интерференционных полос первичного поля и расположенной вблизи диэлектрической поверхности с проницаемостями е и р., то сечение рассешшя в направлении строго назад превышает сечение рассеяния в направлении "почти назад":

Г °ваО=0ГР+2Нв(е)а0' V ГОГР=°О(иН^0>>2' 5

1 0р3°=0®вр+2Нр (0 )соз (20 )о0/ 1аряв2ао(1+Нр(0)+НКр(е)соз(28)),

когда угол наблюдения ф повернут относительно направления обратного рассеяния ф=-9 на малый угол ДфеИ/кЬ (где Ь - поперечный размер рассеивающей области Уо), характеризующий зону действия когерентных эффектов. В выражении (5) о0 - сечение рассеяния на одиночной частице, 0 - угол падения, отсчитываемый от нормали к поверхности,а По и Нр - фрекелевские коэффициенты отражения от плоской границы раздела волны с з- и р-поляризацней соответственно.

Заметим, что для в-поляризованной волны фактор усиления икоет значительную величину: эффективное поперечное сечение обратного рассешшя малого оОьокта, расположенного вблизи идеально отражающей (моталлической) поверхности (Нр=-Ио=1), в среднем в 1.5 раза больсо, чем при даухпогициошюм наблюдении и примерно в в1 раз больпе, чем в свободном пространство. Этот простой и в то го время несколько неожиданный адхэкт ■ непосредственно связан с существованием когерентных каналов Уотсонв.

Нетрудно заметить, что для р-поляризованной волны, падающей под утлой Брюстера и£9в=е,/г), коэффициент отражения Пр(0в) район нулю и еДекта УОР не наблюдается. При других углах падения еффект усиления присутствует, но он оказывается подавленным по сравнении с р-поляризованной волной [12].

Другой фактор подавления - сов(29), присутствует даха при рассеянии над идеально - отрахащэй поверхностью и обусловлен анизотропией излучения диполя., когда рассеивЕтель .ничего по излучает в направленна!, вдоль которого происходит возбукдекко падавдиы полем. В результате при угле падения 0=тс/4 аффокта усиления р-поляркзовашюС компоненты но наблюдается.

Интересной особенностью рассеяния на одной частица является то, что эффект усиления получается в результате усредкешш поперечного сечения рассеяния по расстоянии до граница раздела. Усреднение по положению рассеивателя, расположенного в плоскости, параллельной границе раздела двух сред,, к ¡эффекту усиления но приводит.

Система двух малых рассетзателой интересна тем, что представляет минимальную по числу частиц систему, в которой воз;;о:шо супэствсвшше эффекта УОР. Кроме того, она позволяет точно росить волновую задачу со сколь угодно высокой 1фатностью рассопш'.я.

Система уравнений Уотсона для системы двух частиц 'газет в'ад

[51:

Р, = í Bi + в12 ?2 ) .

« - (б) I рг = cl, ( е2 + g^ р, ) .

где а^ - поляризуемость J—oft частицы, р^ - дилолышй момент,

приобретаем j-ой частицей в результате всех пэрэрассеглшй, В^ 'напряженность первичного поля, поступапдего от источшжа в место расположения ;J-oft частицы. Тензорная Функция Грина gi;) описывает поло вблизи 1-го рассоизателя, возбуздаемоэ дшолышм' моментом 3-го рассеивателя, и в блинной зоне еодерют как поперечную, тек и продольную компоненты:

eijPyS&i'Zj) ^"(TÍj+PKl.P,)) exp(íkp). 1 (7)

где 7=k2/p+ £ k/p2-1/р3, р=-кг/р+3«1'Ур2+3/р3, 1=(?1-?2)/р единичный вектор, харвкторизувдй ориентации системы двух част;:ц.

Геаая систему уравнешй! (Б), находим индуцировзншэ на рассэхгатдллх дютльнке мстанты:

£[73|+т)1(11?1 )-нх,ехр({кр)(7П2+^(1Е2)],

. p2=cl,£ tSa+T]l )+<t1 егр {tkp> (73, ) ].

где 1т--7](7+р)+р=р[1+а)аг7(7+р)ехр(2(!ср)][1-а1аг(-г+р)гегр(2£1ф)]-1,

r^a1 CL,p(274p)exp(2 (Kp)'(1 -a,Og(p+7)2erp(Zíkp) Г1,

4=(1-«1пг7гсгр(2П'р))-1.

Для гадах частиц параметры [а^¡ к ¡ctp| 'газляптсл достаточно иэлап гл.'ичяяе'.п : |a7|«t, |сф|«1. Если разломать еэлпчиян т) п

ге в ряд по Jа.7[ и ¡ар |, мы подучил разлозшшо наведенных дшольша моментов р,и рг по кратности рассеяния. При малости параметров ¡ají и |сф| в (8) мояно оставить только линейные члены, что соответствует приближению двукратного рассеяния.

Определив индуцированные на рассэиватолях диполышо моменти p1 Ii р2, поле в произвольной точке г мокно найти по формуле:

Е(?) = £(?,?,) р, + е(г,г2) Р2. (9)

Вследствии хаотической ориентации вектора 1, характеризуемого ориентацию пари рассеивателой, поляризация рассеянного поля (9)

отличается от поляризации первичной волны Elro=eE0exp(-llcr). Рассмотри.! две основные конфигурации сксшримэнта:

1. Направление поляризации приемника совпадает с направлением поляризации источника. Сечение рассеяния иедополяризованной

компоненты о,=1£г.| (Ео) |2Rs/E?, где R - расстояние от приемшша до

I R-K»'

центра тяжести частиц. ■

2. Направление поляризации приештка перпендикулярно направлению поляризации источника. Сечение рассояшш кросс

поляризованной компоненты ох=Ига| (Йзх) |2H2/E?.

R-« . _

Продаолояиы, что угловое распре до ленне вектора 1, характеризующего направление ориентации частиц, является равномерным на единичной сфере, и что расстояния мевду частицами р тоао принимают случайные значения с достаточно "размазанной" плотностью вероятности н(р), обеспечивающей значение среднеквадратичного отклонения

0р--/<р2>-<р>2, намного превосходящей дашу вол1Ш падащйго излучения Qp»\. В случав далеко расположенных частиц (<р>»Я.) в нодеполяризованном канале сечение рассеяния в направлении вперед 0|=4ö0 в 4 раза превышает сечение рассеяния на одной частице о0, что обусловлено когерентным словенцем однократно рассеянных полей. При рассеянии вбок когерентность полей теряется и сечение рассеяния уменьшается о|вр=2о0. Другой максимум, но значительно меньшей амплитуда, наблюдается в направлении обратного рассеяния -

о j°0=2o0(1 +та0/<р>2), а=8/15, (10)

и обусловлен когерентным сложением двукратно - рассеянных полей. Ширина обоих максимумов примерно одинакова и равна Лфа(к<р>)-1.

Величина усилония мола по величине: о£я°-о?ер=—о^/<р>'2 « о_.

8 я 15

В крссс-полпризовашюм канала такта наблюдаются максимумы в паправлешшх рассеяния вперед и назад с топ то шириной Лф. Поскольку в атом капало нот однократно россеяшшх полой, то средний уровень, наблюдаемый при удалении от максимумов имеет гораздо болоо низкий уровень у| о^/<р>г « о|ер. Величина усиления

обратного рассеяния -

0Ь,о _ ^ер = ± а % (П)

15 и <р>*

почти на порядок (в восемь раз) меньше чем в недеполлризовашгом канале, все ко существенно превосходит величину усилония вперед' о£-о®°р = о0 Од/<р>4, обусловленного когерентным сложением • трехкратно - рассеяшшх полей.

Особый интерес представляет собой поведение степени деполяризации, т.о. отнесение величин УОР в крэсс - поляризованном и нэдополярпзовшшом каналах:

ьВо._0явр ,.г>

С = 4-±_ = -—- (12) .

* -Ъоо-эер , _

0 ^ 15<|7|г>+5<тзг +ЗГ7 >+3<|^| >

где <...> - означает усрэдношм по расстоянии кеяду частицами.

Нетрудно заметить, что С всегда меньпэ 1, т.о. эффект УОР в кросс - поляризованном канале является подваленным. Как уггэ отмэ-чалось, в случае удаленных части; (<р>».\) степень деполяризации является малой величиной, не зависящей от Еида функции распределения к(р): С-1/8-0.125. При сб.ипзгои частиц степень деполяризации увеличивается и в другом продельном случае - близко рзспологешшх чест;гц (<р>«А) достигает значения С=О.Т5(1+е), где е=45|• а(1+12|а7|г+129|а7|. В приближении двукратного рассеяния е=0, так что откоп?ш:е (12) стромитсл к прэдолыюму значению Г,=0.7о.

Тгкоо пополнею стспэпп дсполярнзеа'ш обусловлено том, что елэктромапптюо шло диполя в случпе удалешпк 'честпце!С1 имеет

попэрэчташ характер: 06 ИЛр^Ш, тогда как при сблигэтпп

частиц псгтэрз'пость нарушается. ГТэрэход от долшого поля к б.ютгу кок раз и приводит я увэлглешга степени деполяризации от значения С^О-^б ДЭ значения £-0.75.

Отметим, что гцчлеленг.е г в области !:<р>£! но пуэет практической цо1~ссти, тех ке:с в этом случпэ в кэдопол-тризсЕЕЕНсл капало

происходят как расширение пространственной области УОР. так и области усиления вперед, имощего гораздо больауи амплитуду.- В результате эти области сливаются и наблюдать УОР становится крайне затруднительно. В кросс - поляризованном канале такая трудность но возникает.

■ Указанные особенности рассеяния на совокупности малых частиц необходимо иметь в виду при интерпретации эксперну.энтольных данзшх по обратному рассеянию на взвесях. Рассчитанное отношение £=0.125 согласуется с экспериментальными данными, полученными в работо .17]. Зто позволяет сделать вывод, что в опытах, которые описаны в этой работе, концентрация рассеивателей является достаточно ш:з:сой (к<р>*1), и поэтому преобладает двукратное рассеяние с малой степенью деполяризации.

Таким образом, усредненное сечение обратного рассеяния всегда проЕышает сочошю рассеяния при двухпозпциошом найладошш, которое в недеполяризованнсм канале равно сумме одиночных сюшШ. Несмотря ка малость эффекта, он тлеет принципиальное значение, поскольку появление максимума в угловой зависимости сочония рассеяния свидетельствует о наличии внутренней структур« у рассеивателя, которую часто трудно выявить другими методами.

При переходе к рассеянию на система из нескольких частиц (больше двух) оказывается, что эффект УОР может быть связан не только с когерентностью каналов Уотсона, но и с эквидистантность» расположения частиц. Последняя при определенных ограничениях' на длину волны (расстояние между частицами должно быть кратко целому числу длин волн) приводит к появлению новых пар когерентных полей: поле и'=и(0->31->0'), однократно рассеянное одной частицей оказывается синфазным с полем и'=и(032-»33-0'), испытавшим двукратное рассеяние на паре частиц, расположенных симметрично относительно первой частицы. Это приводит к существенному увеличению величины УОР в недополяризованном канале:

о|30-о|ереа0/о0/<р>2 и исчезновению явления деполяризации.

Очевидно, что мы имеем здесь дело с выроадешшм случаем эффекта УОР, так как нарушение эквидистантности располокэния рассеивателей разрушает когерентность полей и' и и' и приводит к падению величины УОР. Вырожденный эффект УОР занимает промежуточное положение по величине мевду усилением вперед, обусловленным когерентным сложением однократно рассеянных полей, и

усилением назад, обусловлшгош когерентностью каналов Уотсона.

Конец второй главы посвящен вопросу о применимости диполыюго приближения для исследования рассеяния на совокупности малых частиц и о ого связи с борновским (релоевсккм) рассеянием.

В третьей главе рассматриваются возможности возникновения оффокта УОР на резонансных системах: упругой пластине, хобтичоски расположенной в кидкости, и шероховатой поверхности с крупными и крутыми иеоднородностятл!, представленной в виде системы открытых плоских. волноводов.

При анализе рассешпш па системах, в которых возмохно возбуа-. денио собственных колебаний с последующей их трансформацией в ра'с-согашую волну; необходимо,иметь в виду, что возбуздоемыо собственные колобшшя представляют собой многократно переотра::еншо колебания. Поэтому при обратном рассеянии возникают многоканальные гф-. факты, приводящие, посла усродноштя по ориентации этих систем или по другим параметрам, к оффокту усиления обратного рассеяния.' Поскольку в донном случае обеспечивается высокая кратность рассеяния, следуот отдать сильного фактора усиления обратного рассеяния.

При рассешпш на пластине, способной совершать собственные . упругио колебания, при некоторых углах падения происходит по только отражение в зеркальном направлении, но часть опорпш рассеивается назад к источнику [13].

В результате статистического усреднения по ориентация:-! плас- . тины, когерентные канал) рассоязтя обеспечивают сохранение усиления рассолиил п аптлзеркалытом направлении, тогда как усиление рассеяния в зеркальном направлении исчезает. Высокая кратность рассеяния, возникапцал прл возбувдошш широких пластин (ИМ), ' приводит к значительной величине УОР aba0=on0p(f+Ш)»ояор н узкой угловой области его поблццош'л Дср=<(М)-1 »1. При . уменьшении размеров пластам й до полуволн пвдзщего излучения собственные колебания и пластана угз практически поростагтг возбуздаться, что прпвоетт к исчезновению эффекта УОР.

ГТрч рассмотрения рассеяния на статистичоски норопной поверхности в работе 114] было отмочено, что оели поодаородкостп являются достаточно круппымп п 1фуго!.л, го такая поверхность с болысЛ вероятность!) отраг:гот пэдвпптэ луп назад к псточзглку. Это пр.жодит к Езиааюз когерентности волн, рассеянных а разной поалэдопптэльпостп одш?п и тс.а п участясма поверхности и з

результате статистического усреднения - к эффекту УОР.

Возникновение обратно рассеянной полны можно наглядно продемонстрировать на приборе шероховатой поверхности в виде "системы открытых плоских сверхразмерных волноводов со случайной глубиной II и шириной V (Н»\, • При каедой реализации параметров волноводов интенсивность рассеянного поля в зеркальном направлении монет как превосходить интенсивность, рассеянную назад, в антизеркальном направлении, так и быть меньше ое. Однако если разброс параметров К и и достаточно велик, то в результате усреднения рассеяние назад становится сопоставимым с рассеянием в зеркальном направлении. Ширина директрисы обратного рассеяния оказывается равной д<р-(1от)~1, где й - средняя ширина волновода.

Естесствонно, предлагаемая модель передает далеко но всо особошюсти реальных поверхностей. Ее достоинство в том, что она делает очевидными причины появления самого важного качественного эффэкта - хорошо выражэнного антизеркалъного шша УОР.

В заключении сфорлулироваш основше выводы работы.

основные вывода

Результаты проведенного расчета сводятся к. слудукцому:

1. Показано, что при обращении волнового фронта с фазовой 'коррекцией, используемой для невозмущенной среды, надетая фокусировка поля в ' случайно - неоднородной среде возможна в области,' размеры которой как правило превышают радиус когерентности^ Этот вывод сделан как для статистически однородной среды, так и для случайного волновода. Получены оценки для минимального числа реперных источников, необходимого для надвкиой фокусировки поля в заданном объеме.

"2. Изучены свойства простейших рассоиващпх систем с небольшим числом элементов и установлено, что

- при рассеянии на одиночной частице, расположенной Бблизп граница раздела ' двух сред, аффект УОР для р-поляризованного падающего поля оказывается подавленным по сравнению с а -поляризованным полем вследствие присутствия угла Брюстера и анизотропности излучения диполя.

- при рассеянии на системе двух удаленных частиц, поло мэаду

которыми усповаот приобрести поперечную структуру, степень деполяризации составляет С=0.125. При сближении частиц попорочность нарушается и вэличшш деполяризации приближается к значению £=0.75.

- при обратном рассеянии на системе трех частиц возмошо вырозденне, обусловлешгое эквидистантностью расположения частиц. Вырожденный эффект УОР характеризуется отсутствием эффекта 'деполяризации и более значительной величиной фактора усиления по сравне-шго с эффектом УОР, обусловленным когерентностью каналов Уотсонэ.

3. Выявлен новый мехаш!зм УОР - с преобразованием типа колэ-башй: возбуждение поперечных упругих колебаний падащей продоль-. ной звуковой (или элктромагнитной - при использовании. пьог'о-электриков) волной с последующ™ их рассеянием.

4. Показано, что многомодовые резонансные системы (упругая пластина в гсидкости и система открытых сворхразмерных волноводов) . обеспечивают ярко - вырагэнный эффект УОР в виде антпзеркального рассеяния.

Основные результаты . диссертации опубликованы . в следующих ' печатных работах:

1. Нсмагалов Ф.М., Кравцов D.A. Об эфГвктнвности фокусировки обращенного-волнового поля в случайно - неоднородных средах. // Изв. вузов. Радиофтика. - 1950. Г.33. В.10. С.1130-113?.

2. Нсмагалов Ф.М., Кравцов D.A. Об эффективности фокуслрошси . обращенного звукового поля в океаническом волноводе. // Акустический яурнал. - 1991. Т.37. В.2. С.294-302.

3. Нсмагалов Ф.М., Кравцов D.A. Эффект усиления обратного рассеяния на систомэ двух малых случайно распологаэшшх ' рассеквателэй. // КО» (fflIAH). - 1991. В. 8. С.11-14.

4. Нсмагалов <5.).!., Крэвцов D.A. Эффект усиления, 'обратного рассэгашя на систомэ двух малых случайно ориентированных рпссогаатолой. // - 1952. 1.62. В.4. С.720-724.

Б. Iszagilov F.IL, YU.A.KraTtnov. 'Enhanced backscatterlng of • «area, reflected fren а тегу rousft our face, fonred by a syoten of • open flat naveguldeo. // tfarea In Random Kedia - 1992. Y.2. К 2. P.37-40.

5. Ксмагилов Ф.М., Кравцов D.A. Эффэкт сыроядения np;i обратном рассеяния на системе из невольного количества хаотически расположенных рассенвятелей. // КСФ (ФИАН). - 1992. В.4. С.5-8.

ЛИТЕРАТУРА

1. Адаптивная оптика. Сб. статей (пер. с англ.) / Под ред. Э.А.Витриченко. - М.: Мир, 1980.

2. Лукин В.П. Атмосферная адаптивная оптика. - Новосибирск:

Наука, 198G.

З..Гельфгат В.И. // Акустический куриал, - 1976. Т.22. D.I. С. 123-124.

4. Зельдович Б.Я., Пшпшецкий Н.Ф., Шкунов В.В. Обращэнио волнового фронта. - М.: Наука, 1985.

5. Watson K.M. // J. Math'. Fhys., - 1969. V.10. К.4. P.688-702.

6. Barabanenkov Yu.IJ., Kravtsov 5fu.A., Ozrln Y.D. and Salchsv A.I. // Progress 111 Optics, ed. E.Wolf, - 1992. V.29. P.65-197.

7. Van Albada K.P., van der Llark M.B. and A.LagenndljJk. // J. Phys. D: Appl. Pliys., - 1988. H.21. P.28-31.

8.-Половинкин A.B., Саичев А.И. // Изв. вузов. Радиофизика, -1981. Т.24. В.4. С.433-437.

9. Малахов А.Н., Половинкин A.B., Саичев А.И. // Изв. вузов. Радиофизика, - 1987. 1.30. В.7. C.057-86G.

10. Рнтов С.М., Кравцов Ю.А., Татарский В.И. Введение в статистическую физику. 4.II. Случайные поля. - !.!.: Наука, 1978.

11. Баррида Р., Вейнберг Г. Горизонтальные лучи и вертикальные мода. Распространение волн и подводная акустика. - М.: Мир, 1980.

12. Greifet J.J. anl A. Sentemac. // "Wave Propogatlon and Scattering In Varied Uedla IIя, ed. V.K.Varadan, Proc. SPIE.,

- 1991, V.1558.

13. Лямшев Л.Ы. // Акустический курнал, - 1955. T.1. В.2. С.138-143.

14. Кравцов D.A., Саичев А.И. // УФН - 1982. Т.137. В.З. С.501-527.