Обратное рассеяние электромагнитного поля морем и объектами в СВЧ и КВЧ диапазонах при скользящих углах облучения тема автореферата и диссертации по физике, 01.04.03 ВАК РФ

РГ6 од

/ с НАЦИОНАЛЬНА АКАДЕМ1Я НАУК УКРА!НИ ЬнСТИТУТ РАДЮФВИКИ ТА ЕЛЕКТРОН1КИ

Кириченко Володимир Олександровнч

Зворотне розс1ювання електромагштного поля об'ектами на поверхн! моря у

НВЧ! КВЧ д!апазонах при ковзаючих кутах опромшення

01.04.03 - радюфЬика

Автореферат дисертацн на здобуття наукового ступени кандидата фпико-математичних наук

ШЕН10.Я. УСИКОВА

УДК 621 J71.029.65

Харюв - 2000

Дисертащею е рукопис

Робота виконана в Гнсттуп рад1оф1зики та електрошхи ¡м. О.Я.Усикова Нацюнально! Академи наук Украши.

Науковий кер1внак:

Офндйш опоненти:

Провщна установа:

доктор техшчшх наук, професор Разсказовський Вадим Борисович, Гнститут радюф!зики та елеюрошки 1М. О.Я.Усикова

Нацюнально! Академи наук Украши, м. Харюв, зaвiдyвaч ввдцлу.

доктор фвико-математичних наук, професор Чурилов Володимир Павлович, Радаоастроноьпчний 1нстотут Нацюнально: Академи наук Украши, и. Харюв, заступник директора;

кандидат ф1зико-математичних наук, вченого звання не мае

Ефшов Валентин Борисович, Центр радюф1зичного зондування Земл! ¡м. АЛ. Калмикова Нацюнально'1 Академи наук Украйга, i Нацюнального косм1чного агентства Украши, м. Харюв, завщувач В1ддшу.

Харювський нацюнальний ушверситет ¿м. В.Н. Каразша Мшстерства освгга та науки Украши, кафедра прикладно! електродинамжи, м. Харшв.

Захист вщбудетьая "Ю" 2000 р. о 1^!00 годши на засданш

спещашзовано'! вчено! ради Д 64.157.01 в Гнституп радаоф1зики та елеюрошки ¡м. ОЛ.Усикова Нащонально! Академи наук Украши

3 дисертащею можна ознайомитись у б1блютещ 1нстшугу радооф1зики та електрошки 1м. О.Я.Усикова Нацюнально! Академи наук Украши за адресою: 61085, Харюв - 85, вул. ак. Проскури, 12.

Автореферат розкланий

Т. в. о. вченого секретаря спещайзовано! вчено! ради доктор фгзико-математичних наук

ч

О.1. Цвик

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуалыпсть теми. Велика увага зараз придыяегься розвитку метод i в виявлення береговими та судновими радюлокацшними станц1ями (PJIC) наявносп на морськш поверхш суден малого po3MÍpy i плаваючих др1бних преДмет1в. Ця задача е актуальною для нав1гацшних PJIC, тому що з1ткнення з плаваючими предметами (колоди, бочки i т.п.) можуть стати причиною значних пошкоджень сучасних швидюсних суден. Наявшсть у прибережшй 30HÍ й в акватор1ях noprie велико! к1лькосп плавзасоб1в (веслових i вггрильних hobhíb, в1ндсерфер1в та íh.), часто не контрольованих диспетчерськими службами порпв, стае причиною аварш. 1сную'п суднов1 i 6eperoB¡ paдioлoкaцiйнi засоби не задовольняють сучасним вимогам до надШностс вирииення uiei" та багатьох шших задач морсько'1 радюлокацп, зокрема, мошторингу стану морсысо? поверхн1, що е новою галуззю застосування радюлокацшних метод1в, яка знаходиться у стадй' ¡ятенсивного розвитку.

Як один ¡3 шлях1в розв'язання цих задач розглядаеться застосування нових д1апазошв радюхвиль, зокрема мшметрового (КВЧ д1апазону), а також близькоУ за властивостями короткохвильовоУ смуги сантиметрового д1апазону (НВЧ д1апазону). 1нтерес до цього дшпазону викликано багатьма перевагами, ям дае його застосування в пор1внянш з б1лын довгохвильовими д1апазонами, а в ряд1 випадюв принципово новими можливостями, обумовленими особливостями взаемоди КВЧ поля з компонентами навколишнього середовища. Деяю явища в мшметровому д1апазош akícho в1др1зняються в1ц ¡снуючих на бшын довгих хвилях, вимагаючи нового пщходу до ananÍ3y робота радюелектронноУ апаратури (PEA). Одшоо з основних характерних рис е висока ¡нструментальна чутливкть систем цих Д1апазо1пв до структур« нершностей поверхш тш (зокрема хвиль та пши на водО, що робить ÍX ефективним засобом неконтактного визначення характеристик i особливостей руху об'еюпв дослщження.

Сучасний етап в освоенш КВЧ д1'апазону характеризуеться як створенням hoboi технжи на ochobí досягнень вщповщних областей науки, так i продовженням штснсивних науково-дослщних po6ÍT, спрямованих на розвиток розумшня ф13ики процеЫв, що вщбуваються при взаемоди КВЧ поля з навколишшм середовищем. Особливо великий iHTepec Í3 погляду практичного використання КВЧ викликае область малих кут1в ковзання, що складають частей градуса. Це пов'язано з там, що са.ме Тм вщповщають лшп зв'язку míx кореспондентами, розташованими на поверхш моря або cyuii, а також умови радюлокацп наземних i надводних o6'eicr¡B наземними й судновими PJIC.

Дисертацшна робота присвячена виявленню особливостей радюлокацшного вщбитгя електромагштних хвиль КВЧ i короткохвильово! частини НВЧ Д1апазошв вщ об'егав (суден малих po3MÍp¡B, др!бних плавучих об'екта), i утворень на водяшй поверхш (зокрема, корабельних хвиль) при

ковзаючих кутах зондування, висотах розташування вщбиваючих об'ееттв, близьких до висот нер1вностей noßepxHi i малих висотах розташування антен РЛС. Щ дат дуже корисш, як для розвитку розумшня ф1зики процеав, так i для розробки деяких клаав сучасних морських радюлокащйних систем (навкацШних, попередження зггкнення, еколопчного мониторингу i деяких ¡нших). Пропонуються окрем1 варшнти практичного використання отримаиих результата.

Актуальшсть дослщжень, проведених у дисертацШшй po6oii, визначаетъся необхщшспо розвитку ф1зичних уявлень про зворогне розсйовання. НВЧ i КВЧ поля водяною поверхнею та об'ектами малих po3MipiB на Hiii при зондуванш тд малими кутамц для створення нових i модершзащ! ¡снуючих РЛС морського й берегового базування, що виршують задаш мошторингу стану морсько'1 noeepxHi й безпеки нав1гаци.

Зв'язок робота з науковнми програиами, планами, темами. Результата дослщжень, що увШшли до дисертацн, е складовими частинами науково-дослщних poöiT, що виконувались за розпорядженням Президи АН УРСР у рамках комплексно'1 програми "Фундаментальне дослщження мийметрових та субмшметрових хвиль та Тхне використання у народному господарсты" 1нстатутом радюф1зики та електротки HAH УкраТни (рашше АН УРСР): фундаментальних НДР "Ранец" i "Радуга", декшькох госпрозрахункових робгг, а також робота, що фшансувалася на конкурсних засадах УкраТнським науково-технолопчним центром (УНТЦ проект № 145, 1998 -1999 p.p.).

Мета дослщжень - експериментально вивчити особливос-ri поширення КВЧ i НВЧ електромагштних хвиль над морем та i'x розсшвання водяною поверхнею й об'ектами на нШ та вплив цих особливостей на спектральш, амплпудш й поляризацШш характеристики радюлокацшного вщбитгя при розташуванш об'екта у безпосередшй близькосп вщ поверхн1 моря i малш BiicoTi розташування випромшювача, а такок провести анал1з можливостей використання шформаци, що знаходиться у вщбитих сигналах, для виршення практичних задач мониторингу акваторШ i шдвищення безпеки мореплавства.

Задач! дослвджень, вщповщно до зазначено!' мети, були таы:

Визначити на пщстав1 експериментальних даних характеристики поля КВЧ i НВЧ радюхвиль над морською поверхнею при кутах ковзання, близьких до нуля, i висот! розташування одного з кореспондуючих пунтв, близько! до висоти морських хвиль. Ощнити вплив значних затшень, що ¡снують при малих кутах ковзання, на статистику флуктуащй множника ослабления;

З'ясувати особливоси полярйзащйних характеристик i структури cneictpiB радюлокацшного вщбитгя вщ морських хвиль та об'екпв малого po?Mipy на морсьюй noeepxHi (моторних, веслових i вприльних човшв, бу!в i

т.п.) при малих кутах ковзання. Розробити алгоритми 1 програмш засоби для вивчення динамки змши спектр1в вщбиття у часг,

Вивчити характеристики радюлокацШного вщбиття НВЧ 1 КВЧ електромагнггного поля вщ збурень на морсыай поверхш, що утворюютъся вщ руху суден ("корабельно! хвшп") 1 розробити модел1 для 1'хнього опису;

Ощнити можливосп використання розсшвання НВЧ 1 КВЧ електромагнггного поля корабельними хвилями для полшшення радюлокацшного спостереження суден i визначення параметрт Гхнього руху.

Наукова новизна отрйманих результате: На тдстав1 нових експериментальних даних установлено особливосп множннка ослабления електромагнггного поля КВЧ дкпазону при поширенш побдизу схвильовано1 водяно! поверхш (у тому числ1 в области натвтии). Визначено основш статистичш характеристики множника ослабления необхщш для розрахунку характеристик РЛС: середт значения, закоии розгощлу й спектри його флуктуацШ у залежносп вщ дистанцп й висоти точки спостереження над поверхнею моря. Запропоновано засоби опису статистики множника ослабления, перев1реш методом статистичного моделювання.

Отримано нов1 даш про поляризацШш характеристики й особливосп "тонкоУ" структури спектр1в, зокрема про флуктуацп спектральних складових радюлокацШного вщбитгя КВЧ радюхвиль вщ моря та об'еюпв малого розмфу (мат моторш судна, В1трильники, веслов1 човни) при ковзаючих кутах зовдування. Визначено енергетичт, спектр альш й поляризацШш характеристики радюлокащйного вщбиття КВЧ д!апазону вщ хвиль, що створюються на поверхш суднами,- яю рухаються.

Практичне значения отриманих результате полягае у наступному:

Встановлено законом1рносп, що дозволяють ощнити р1вш поля над поверхнею в обласп меж» ш й обгрунтувата виб^р диапазону радюхвиль для радюлокащйного спостереження морсько'1 поверхш1 об'екпв малого розм1ру на нШ.

Доведено можлив!сть використання радюлокащйного вщбитгя вщ корабельних хвиль для пол1пшення радюлокащйного спостереження суден на тл1 вщбитгя вщ морсько1 поверхш. Встановлено можливють використання радюлокащйного вщбитгя вщ корабельних хвиль для одержання додатково1 шформацн про параметри руху суден, необхщноТ для пщвшцення безпеки нав1гащ'1. Розроблено метода й алгоритми вщповщноУ обробки сигнал1в.

Створено пакет прикладных програм для оцшки енергетичних 1 статистичних характеристик КВЧ i НВЧ поля над поверхнею моря в обласп

меж! Т1Ш.

Створено програмно-апаратний комплекс i пакет прикладних програм для дослщження спектрально-поляризацшних особливостей радюлокащйного вщбитгя КВЧ i НВЧ радюхвиль вщ водяноУ поверхш, корабельних хвиль i об'екгпв малого розмфу на водянш поверхш.

Сформовано банк експериментальних даних вщбитгя вщ схвильовано1 водяно*1 noBepxHi й об'егпв малого po3Mipy на Hin.

Особнстнй внесок здобувача. У роботах [1-17] здобувачем проведет необхщш теоретичш розрахунки, обробка та анализ отриманих експериментальних даних, виконане моделювання на ЕОМ, сформульоваш висновки. У роботах [4, 15, 16] його особистий внесок полягас також у постановщ задачу розробш методики проведения та проведет» експериментальних дослщжень, а у poöoTi [15] ще й у створенн! BiiMipioBajibHux апаратурних комплекЫв.

Здобувач був ¡шщатором та виконавцем дослщжень, результата яких склали зм1ст дисертаци.

Апробац1я результате дисертаци. Marepiann дисертацй' доповщались на наступних науково-техн1чних конференщях i симпоз1умах:

• II Всесоюзная научно-техническая конференция "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей", Туапсе, 1991 г.

• I Украинский симпозиум "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн", Харьков, 1991 г.

• XVI Конференция по распространению радиоволн, Ульяновск, 1993 г.

• III Международная научно-техническая конференция "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей", Туапсе, 1993 г.

• 3-я Крымская конференция и выставка "СВЧ техника и спутниковый прием", Севастополь, 1993 г.

• International Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimiter Waves", Kharkov, Ukraine, 1994.

• Международная научно-техническая конференция "Современная радиолокация", Киев, НИИ "Квант", 1994 г.

• Научно-техническая конференция "Техника и физика электронных систем и устройств", Сумы, 1995 г.

• Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves", Kharkov, Ukraine, 1998.

« SPIE's 44 Annual Meeting and Exhibition, Denver, Colorado USA, 1999.

Публйсацй'. По TeMi дисертаци автором опублгеовано 17 друкованих праць, з яких 3 статп в наукових ввданнях та 14 у MaTepiajiax конференщй та CHMH03iyMiB.

Структура дисертацн. Дисерташя складаеться з вступу, чотирьох роздшв та виснобюв. Загальний обсяг дисертацн 147 сторшок, що кр1м основного тексту вюпочають 30 ¡люстращй на 27 сторжках, 12таблиць та перел1к джерел, що використалися, з 116 найменувань на 14 сторшках.

Дисертащя написана рос1йською мовою.

ЗМ1СТ РОБОТИ

У встуш обгрунтовано актуалыисть задач1 вивчення особливостей поширення КВЧ \ НВЧ елекгромагштних хвиль над морем 1 Ух розсновання водяною поверхнею й об'ектами на нш на спектр альш, амплпуднл й поляризацшш характеристики радюлокацшного вщбиття при малих висотах розташування випромшювача й приймача. Сформульовано мету дослщжень, а також засоби и досягнення. Описано зв'язок робота з науковими програмами та НДР. Наведено наукову новизну та практичне значения отриманих результатов. Визначено особистий внесок здобувача, представлено вщомосп про апробащю та публжацп результат дисертацн.

У першому роздип за матер1алами л1тературних джерел наведено аналп сучасного стану вивчення ф1зики розаювання електромапптних хвиль КВЧ 1 НВЧ д1апазошв 1 радюлокацШного вадбиття вщ моря 1 надводних об'екпв при ковзаючих кутах опромшювання. Показано, що незважаючи на численш доЫдження з щеУ проблеми, що проводятъся з початку використання радюлокащУ на мор1, сучасний розвиток радюелектронних метсдав 1 засоб1в обробки ¡нформацп висувае нов1 питания, яю потребують поглиблення знань про властивосп явшц. Зокрема звернено увагу, що, по-перше, майже вщсутш дан! про особливосп опромшювання об'екпв, що мають висоту, близьку до висот морських хвиль, по-друге, потребують подальшого розвитку уявлення про спектрально-поляризащйш характеристики вщбиття радюхвиль такими об'ектами.

Вщзначено необхщшсть подальших досл1джень характерних ознак вщбитгя вад об'еюпв малого розм1ру 1 хвилевих утворень на поверхш моря.

Другий роздш присвячено викладенню результате дослщження впливу схвильованоУ водяноУ поверхш на сигнал КВЧ \ НВЧ Д1апазошв, що поширюсться безпосередньо поблизу неУ, та на опромшювання об'еюпв, висоти яких близыи до висот морських хвиль. Приведено яюсш й кшынсш характеристики флуктуащй множника ослабления. Зокрема доведено, що у сантиметровому й мшметровому дкпазонах аж до дальностей, що вщповщають радюгоризонту, множник ослабления поля, як правило, ютотно перевищуе розрахунков1 значения для стандартноУ рефракщУ 1 реально ¡снуючих висот морських хвиль, причому poзбiжнicть >.пж результатами розрахунюв ¡з застосуванням загалыго прийнятих метод1в та експериментальними даними стае дуже суттевою при висотах над поверхнею близьких до висот морських хвиль. Зменшення довжини хви.гп з 3,2 см до

0,8 см призводить при таких висотах до зростання множника ослабления приблизно на 10 дБ. Показано також, що енергетичний спектр флуктуащй множника ослабления сутгево низькочастотний. До 30% погужносп флуктуащй знаходиться у смуз1 частот 0,02...0,09 Гц.

На тдстав1 вивченого матер1алу, зокрема, характеристик впливу на поширення електромагштного поля затшень вщ морських хвиль, створено ф!зичну модель, що пояснюе особливосп флуктуащй множника ослабления, яю спостериалися ранше, але не знаходили теоретичного пояснения. Методом статистичного моделювання оценено вплив затшень вщ морських хвиль на закон розподшу флуктуащй.

У третьему розд1п1 викладено результата доелщження особливостей просторовоУ й поляризацшно-спектрально! структур вщбитгя вщ поверхш моря I малих надводних об'екпв у НВЧ 1КВЧ д1апазонах. Приведен! яюсж й кшьюсш дат про спектральш та поляризацШш особливост1 вщбитгя вщ схвильоваши морсько'1 поверхш 1 надводних об'ееттв р1зномаштних титв (моторш катери, веслов1 та вирильш човни, бу'1). Зокрема, для деяких клашв об'екпв, що дослщжувалися, (мал» моторш судна, вггрильники, веслов1 човни) встановлено присуТшсть- у спектрах вщбитгя окремих складових, флуктуацн амплпуди яких пов'язаш31Специф1кою руху об'аспв. Наприклад, у поточних . спектрах в!дбиття ■ вщ веслових човшв спостер1гаються високочастотш "спалахи" (вище частота лши корпусу), обумовлеш вщбиттям електромагштних хвиль вщ весел при змахах. Показано, що перепади амплпуд при цих флуктуащях досить значш! досягають 17...18 дБ. . З'ясрвано, що в чотирьохмшметровому д!апазош розходження в серед шх коефвдентах деполяризацп сигналш, вщбитих вщ об'екта в щлому й вщбитих вщ моря, як правило не перевищуе 3...5 дБ, тод1 як для лшп корпусу ця р1зниця може досягати 10... 15 дБ, На пщстав1 цих даних зроблений висновок про те, що виб^р комбшаци поляризащ! випромшювання й прийому може дозволити пщвищити контраст спостереження об'екпв на фот водяноГ йоверхш, ! вщзначено, що на вщм1ну вщ середшх значень коефицотв деполяризацп вщбитих сигналш, р1вень деполяризацп окремих компонент спектра сигналу, розскного моторним судном, може служити як ¡нформативна ознака для видщення дшянок спектру, пов'язаних ¡з в!бращями корпусу, обумовленими роботою рухових установок.

Дослщжено поляризацШш й спектр альт особливосп радюлокащйного вщбитгя вщ хвиль, що утворюються на вод1 вщ руху суден. Зроблено висновок про можливкть використання вщбиття вщ корабельних хвиль для визначення швидкостт руху суден у некогерентних РЛС. Показано дощльшсть використання ефекйв, обумовлених вщбиттям вщ корабельних хвиль, для виявлення суден. Встановлено, що у короткохвильовШ частиш сантиметрового д1апазону з метою збшьшення ефективно! поверхш розсшння корабельних хвиль дощльно застосовувати випромшювання з горизонтальною поляризащею.

Проведено анашз отриманих даних з урахуванням результате дослщжень, викладених у попередньому роздш.

Четвертий роздЫ мктить результата прикладних дослщжень, що демонструють практичну значущють результате, викладених у попередшх роздшах. Тут запропонована модель радюлокащйного вщбитгя шд корабельних хвиль 1 приведена побудована на и тдстав1 методика визначення швидкосп руху суден за допомогою некогерентних РЛС, зокрема теоретично отримано й експериментально тдтверджено стввщношення, що дозволяе оцшювати модуль вектора швидкост1 руху судна для р1зномаштних значень курсових кут1в 1 вим1рювано\' швидкосп. Показано вщповшпсть результате моделювання до реальних експериментальних даних. У цьому ж роздш отримано характеристики ефективнога компенсащ\' завад, утворюваних вщбиттям вщ морськоУ поверхш на виход1 амшптудного каналу некогерентних РЛС при використанш фшьтровоУ системи селекцн цеп, що рухаеться. Зокрема показано, що використання в1дбиття вщ корабельних хвиль дозволяе полшшити радюлокац!йний контраст об'сючв до 13 дБ. Зроблено висновки про дощльнють п застосування . для пщвищення радюлокащйного контрасту об'ектНв малого розм1ру на фот моря. Приведен! рекомендащУ по пщвищенню радюлокащйного контрасту об'екта на тл! морсько'1 поверхш, шдтверджеш результатами ¡мггащйного моделювання.

У висновках сформульовано основш результата, отримаш при виконанш даноТ робота, дано рекомендаци по Тхньому подальшому використанню.

ВИСНОВКИ

Основа! результата робота полягають в наступному:

1. Отримано нов1 даш про множник ослабления електромагштних хвиль НВЧ 1 КВЧ д1апазошв при поширенш Ух поблизу водяно'У поверхш, зокрема:

• Встановлено, що у сантиметровому й мЫметровому д1апазонах аж до дальностей, що вщпоыдають радюгоризонту, множник ослабления поля, як правило, ¡стотно перевищуе розрахунков1 значения для стандартно! рефракщУ i реально ¡снуючих висот морських хвиль.

• Встановлено, що статистичш характеристики флуктуацш множника ослабления при висотах бшьш 0,5...1 м над поверхнею узгоджуються з висновками робге, у яких поле над поверхнею уявляеться як сума поля в!льного простору, дзеркалыкн (когерентно'О 1 дифузшиоУ (некогерентноУ) компонент вщбитого поля. У той же час при висотах, близьких ДО ВИСОТ морських ХВИЛЬ, особливо поблизу МеЖ1 Т1Ш, вщбуваеться пщвищення в1ропдносп низьких р1вшв поля в пор1внянш з флуктуащями на висотах бшьш 0.5...1 м.

® Встановлено, що енергстичний спектр фдуктуащй множника ослабления сутгево низькочастотний.

2. Вивчено поляризацшно-спектральш особливосп вщбитгя вщ надводних об'екпв, що мають мат розм1ри. Зокрема:

® Для клаав об'екпв, що дослщжувалися, (мал! моторш судна, В1трильники, веслов! човни) встановлена присутнють у спектрах вщбитгя окремих складових, флуктуацп амплпуди яких пов'язаш з1

; спецификою руху об'ект)в у щлому чи Ух частая.

• На пщстав! цих даних дослщження зроблено висновок про те, що р1вень деполяризацп окремих компонент спектра сигналу, розаяного моторним судном, може служите в якосп шформативноУ ознаки для видшення Д1лянок спектру, пов'язаних ¡з в!бращями корпусу, обумовленими роботою рухових установок, на вщмшу вщ середшх значень коеф1щент1в деполяризацпвщбитих сигналов.

• Встановлено, що для сигнал1в, вщбитих вщ надводних об'ектт, характерний б1льш високий, тж для моря, р!вень кореляцп сигнашв на ортогонапьних поляризащях ¡з виходу як амплпудного, так 1 синхронного детектор1в. Це свщчигь про те, що фазов1 й ампл!тудш флуюуаци вщбитгя вщ надводних об'екпв обумовлеш одними й тими ж розствачами, пов'язаними з жорсткими конструктивними елементами корпусу.

3. Вивчено особливост! розсиовання електромагнгшого поля хвилями, що утворюються при рус1 суден по водяшй поверхш. Зокрема:

• Дослщжено особливосп розсиовання електромагштного поля сантиметрового й мшметрового д1апазошв корабельними хвилями та запропоновано апроксимуючу функщю для спектру сигналу вщ корабельних хвиль на виход1 некогерентного каналу РЛС, яка дозволяе моделювати спектри для всього д1апазону купв опромшення об'екпв, що рухаються з р1зномаштними швидкостями, що добре узгоджуеться з експериментапьними даними.

• Показано, що для вим1рювання швидкосп суден дощлыю використовувати високочастотш компонента у спектр1 флуктуацш амгштуд сигналу, обумовлеш вщбитгям вщ корабельних хвиль.

• Показано доцшьшсть використання ефектш, обумовлених вщбитгям вщ корабельних хвиль, для виявлення суден.

• Отримано характеристики ефективност1 компенсащУ завад, що утворюються вщбиттям вщ морЬькоУ повгрхш на виход1 амплпудного каналу некогерентних РЛС при використанш фшьтровоУ системи селекци Ц1Л1, що рухаеться. Зроблено васяовки Про дощльшсть н застосування для пщвшцення радюлокацшного контрасту об'ектсв малого розлфу на тш моря.

Отрнмаш в дисертацшшй po6ori результата служать розвитку теоретично1 бази, необхщио'1 для розумшня радюф1зичних аспекте розсповання електромагнгпшх хвиль поверхнею моря i др1бномасштабшгми об'ектами радюлокацШного спостереження, що знаходятъся на Hiii, а наведеш рекомендаци можуть бути безпосередвьо використаш при розрсбщ морських i р1чкових радюлокащйних систем забезпечения безпеки плавания й еколопчного мониторингу.

ПУБЛИСАЦЙ 3 ДИСЕРТАЦ11

1.Луценко В. И., Кириченко В. А. Экспериментальное определение информативных признаков для радиолокационного распознавания наземных и надводных объектов // Сб. тр. "Техника миллиметровых и субмшшшетровых радиоволн",- Харьков: АН Украины, ИРЭ АН Украины,-1993,- С. 5-18.

2.Lutsenko V.I., Kirichenko V.A. Vessel Velocity Evaluation by Vessel Wave Backscattering Spectrum Characteristics with Non-Coherent Radars // Microwave And Optical Technology Letters - 1996.- Vol. 13, N 6- pp. 369-372.

3.Разсказовский В.Б., Педенко Ю.А., Логвинов Ю.Ф., Кириченко В.А. Закон распределения флуктуаций множителя ослабления миллиметровых и сантиметровых радиоволн над морем // Сб. тр. "Радиофизика и электроника",- Харьков: Нац. академия наук Украины, ИРЭ НАН Украины,-1998.-T.3.N3.-C. 68-77.

4.Kirichenko V.A.,. Sugak V.G. Time-frequency distributions of radar-returns from sea surface in X- and Ka- bands // Signal and Data Processing of Small Targets 1999, SPIE Proceedings, - Washington: SPIE.- 1999, Vol. 3809.-pp.547-554.

5.Луценко В.И., Кириченко В.А. Эффективность обнаружителей сигналов с адаптацией порога и линейного рангового в условиях помех от суши и моря // II Всесоюзная научно-техническая конференция "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей": Тезисы докладов. 30 сентября - 2 октября 1991г.- Харьков: ХИРЭ, 1991,- С 160.

6.Луценко В.И., Кириченко В.А., Мишин А.А. Распознавание скоростных надводных объектов на фоне отражений от моря в некогерентных РЛС // I Украинский симпозиум "Физика и техника миллиметровых и субмиллиметровых радиоволн", Харьков, 15-18 октября 1991 г, тез. докладов в 2х частях,- Харьков: ИРЭ АН УССР,- 1991.- Ч. 2,- С. 50-51.

7.Луценко В.И., Савенко Н.Н., Разсказовский В.Б., Кириченко В.А. Экспериментальное изучение информативных признаков сигналов, рассеянных надводными и наземными объектами // ! Украинский симпозиум "Физика и техника миллиметровых и субмнллиметровых радиоволн",

Харьков, 15-18 октября 1991 г, тез. докладов в 2х частях.- Харьков: ИРЭ АН УССР,- 1991.- Ч. 2,-С. 52-53.

8.Луценко В. И., Кириченко В. А. Статистические характеристики нестационарных отражений от моря в сантиметровом и миллиметровом диапазонах волн. // 16 Конференция по распространению радиоволн. Ульяновск 21-24 сентября 1993. года, тезисы докладов,- Ульяновскг.-Секции 3,4, 5.- 1993,- С. 80.

9.Кириченко В.А., Луценко В.И., Савенко H.H. Обнаружение и распознавание объектов по поляризационно-спектральным особенностям рассеянных сигналов It Труды 3 МНТК "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей", Тез. докл.- Харьков: ХИРЭ,- 1993,- С. 88.

10.Луценко В. И., Кириченко В.А. Обнаружение и распознавание объектов в некогерентных РЛС по характеристикам обратного рассеяния от корабельных волн // Труды 3 МНТК "Методы представления и обработки случайных сигналов и полей", Тез. докл.- Харьков: ХИРЭ.- 1993,- С. 91.

11.Луценко В.И., Кириченко В.А. Экспериментальное определение информативных признаков для радиолокационного распознавания наземных и надводных объектов // 3-я Крымская конференция и выставка "СВЧ техника и спутниковый прием", Севастополь 1993 г, материалы конференции в 6-ти томах, Т 6.- Севастополь: Вебер,-1993,- С 786 - 789.

12.Lutsenko V.l., Kirichenko V.A. Target Velocity Evaluation in NonCoherent Radars Using of Vessel Wave Backscattering Spectrum Characteristics // Int. Symp. "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimiter Waves".-Kharkov: IRE of NAS of Ukraine, Vol. 3.- 1994,- pp. 622-625.

13.Луценко В.И., Кириченко В.А. Методы пространственно-временной и поляризационной селекции надводных целей И Международная научно-техническая конференция "Современная радиолокация", Научно-технический сборник (тезисы докладов), АН Прикладной электроники, НИИ "Квант". - Киев: НИИ "Квант" 1994,- С. 159 - 160.

14.Луценко В.И., Кириченко В.А. Оценка дальности обнаружения целей в условиях негауссовских помех от моря // Международная научно-техническая конференция "Современная радиолокация", Научно-технический сборник (тезисы докладов), АН Прикладной электроники, НИИ "Квант". - Киев: НИИ "Квант" 1994,- С. 161 -162.

15.Евдокимов А.П., Крыжановский В.А., Кириченко В.А., Луценко В.И., Хоменко СЛ. Малогабаритный автодин КВЧ диапазона II НТК Техника и физика электронных систем и устройств, 18-20 мая 1995 г., Сумской государственный университет, ИПФ НАНУ.- Сумы: Сумской государственный университет.- 1995.- С. 195-196.

16.Kirichenko V.A., Kulemin G.P., Sugak V.G. Frequency-Temporal distributions of Radar Returns from Sea Surface in X and Ka Band // Proceedings

of Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves", Kharkov, Ukraine (September 15-17, 1998), Vol. 2,- Kharkov:.- 1998.- pp. 51.7 - 519.

17.Lutsenko V.I., Homenko S.I., Uzlenkov A.A., Kirichenko V.A. Influence of Oil Film on Spectral and Polarization Features of S-, Ka- and V- band Water Surface Back-scattering // Proceedings of Third International Kharkov Symposium "Physics and Engineering of Millimeter and Submillimeter Waves", Kharkov, Ukraine (September 15-17, 1998), Vol. 2,- Kharkov:IRE.- 1998.- pp. 558 - 560.

АНОТАЦЙ

Кириченко B.O. Зворэтне розЫювання електромагштного поля морем i об'ектамн у НВЧ i 1СЗЧ Д1апазонах при ковзагочих кутах опромшення. - Рукопнс.

Дисертащя на здобуття наукового ступеня кандидата ф1зико-математичних наук i3 cneuiaiibHOCTi 01.04.03 - радюф1зика. - Гнститут радюф1зики та електротки ¡м. О.Я. Усикова НащоналыюТ Академ'п наук Укра'ши, Харюв, 2000.

В дисертацп дослужено характеристики поля електромагштних хвиль мшметрового та сантиметрового дтпазошв над морською поверхнею при кутах ковзання, близьких до нуля, висотах розташування об'екту досл1дження, близьких до висоти морських хвиль, i малих висотах розташування антен PJIC. Наведено оцшки впливу значних затшень, що ¡снують при малих кутах ковзання, на статистику флуктуащй множника ослабления. З'ясовано особливосп поляризацшних характеристик i структури cneicipiB радюлокацшного вщбитгя вщ морських хвиль та об'екттв малого po3Mipy на морськШ поверхн1 (моторних, веслових i вприльних човрпв, буУв i т.п.) при малих кутах ковзання. Розроблено алгоритми i программ засоби для вивчення динамки змши cneinpiB вщбитгя у 4aci. Вивчено характеристики радюлокацшного вщбитгя мшметрового та сантиметрового д1апазошв вщ збурень на морськШ noeepxHi, що утворюються вщ руху суден ("корабельно!" хвилГ'), i розроблено модел} для Ухнього опису. Ощнено можливосп використання особливостей розаювання електромагштних хвиль мшметрового та сантиметрового д1апазошв корабельними хвилями для полшшення радюлокацшного спостереження судна i визначення параметр1в його руху.

Ключов1 слова: зворотнс розаювання, електромагштне поле, НВЧ, КВЧ, ковзакга кути опромшення, натурний експеримент, комп'ютерне моделювання, хвшп на поверхш моря, корабелыи хвиль

Кириченко В.А. Обратное рассеяние электромагнитного поля морем и объектами в СВЧ и КВЧ диапазонах при скользящих углах облучения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук по специальности 01.04.03 - радиофизика. - Институт радиофизики и электроники имени А.Я. Усикова Национальной Академии наук Украины, Харьков, 2000.

В диссертации рассмотрено влияние особенностей распространения СВЧ и КВЧ электромагнитных волн над морем и их рассеяния водной поверхностью и объектами на ней на спектральные, амплитудные и поляризационные характеристики радиолокационных отражений при малых высотах расположения излучателя и приемника, проведен анализ возможностей использования содержащейся в отраженных сигналах информации для решения практических задач мониторинга акваторий и повышения безопасности мореплавания.

Диссертация состоит из введения, четырех разделов и выводов. Список используемой литературы содержит 116 наименований. В первом разделе по материалам литературных источников дан анализ современного состояния изучения физики рассеяния электромагнитных волн миллиметрового и коротковолновой части сантиметрового диапазонов и радиолокационных отражений от моря и надводных объектов при скользящих углах облучения. Показано, что несмотря на многочисленные исследования по этой проблеме, ведущиеся с начала использования радиолокации на море, современное развитие радиоэлектронных методов и средств обработки информации выдвигает новые вопросы, требующие углубления знаний о свойствах явлений. В частности показано, что требуют дальнейшего развития представления о спектрально-поляризационных характеристиках таких отражений. Отмечена необходимость дальнейших исследований характерных особенностей отражений от малоразмерных объектов и волновых образований на поверхности моря. Второй раздел посвящен изложению результатов исследования влияния взволнованной водной поверхности на распространяющийся непосредственно вблизи нее сигнал миллиметрового и коротковолновой части сантиметрового диапазонов. Приведены качественные и количественные характеристики флуктуаций множителя ослабления. Предложена физическая модель, объясняющая особенности флуктуаций множителя ослабления, отмечавшиеся ранее, но не находившие теоретического объяснения. Методом статистического моделирования оценено влияние затенений от морских волн на закон распределения флуктуаций. В третьем разделе излагаются результаты исследования особенностей пространственной и поляризационно-спектральной структур отражений от моря и надводных объектов в миллиметровом и коротковолновой части сантиметрового диапазонах. Приводятся качественные и количественные данные по спектральным и поляризационным особенностям отражений от взволнованной морской

поверхности и малоразмерных надводных объектов различных типов. Здесь же исследуются поляризационные и спектральные особенности радиолокационных отражений от волн, образующихся при движении судов. Четвертый раздел содержит результаты прикладных исследований, демонстрирующие практическую значимость результатов, изложенных в предыдущих разделах. Здесь предложена модель радиолокационных отражении от корабельных волн и приведена построенная на ее основе методика определения скорости движения судов при помощи некогерентных РЛС. Приведены рекомендации по повышению радиолокационного контраста объектов на фоне морской поверхности, подтвержденные результатами имитационного моделирования. В результате выполнения диссертационной работы получены следующие результаты, обладающие научной новизной. На, основе новых экспериментальных данных установлены особенности множителя ослабления электромагнитного поля КВЧ диапазона, распространяющегося вблизи взволнованной водной поверхности (в том числе в области полутени). Определены основные статистические характеристики множителя ослабления необходимые для расчета характеристик РЛС: средние значения, законы распределения и спектры его флуктуаций. Предложены способы описания множителя ослабления, проверенные методом статистического моделирования. Получены новые данные о поляризационных характеристиках и особенностях "тонкой " структуры спектров, в частности о флуктуациях спектральных составляющих радиолокационных отражений КВЧ электромагнитных волн от моря и малоразмерных объектов при скользящих углах зондирования. Определены энергетические, спектральные и поляризационные характеристики радиолокационных отражений КВЧ диапазона от волн, которые создаются движущимися судами на водной поверхности. Практическое значение работы определяется следующим. Установлены закономерности, позволяющие оценить уровни поля над поверхностью в области границы тени и обосновать выбор диапазона радиоволн для радиолокационного наблюдения морской поверхности и малоразмерных предметов на ней. Показана возможность использования радиолокационных отражений от корабельных волн для улучшения радиолокационной наблюдаемости судов на фоне отражений от морской поверхности и получения дополнительной информации о параметрах движения судов, необходимой для повышения безопасности навигации. Разработаны методы и алгоритмы соответствующей обработки сигналов. Создан пакет прикладных программ для оценки энергетических и статистических характеристик КВЧ и СВЧ поля над поверхностью моря в области границы тени.

Ключевые слова: обратное рассеяние, электромагнитное поле, СВЧ, КВЧ, скользящие углы облучения, натурный эксперимент, компьютерное моделирование, волны на поверхности моря, корабельные волны.

Kirichenko V.A. Back Scattering Of The HF And VHF Electromagnetic Field By The Sea And Objects At Grazing Angles. - Manuscript.

A thesis in partial fulfillment of the requirements for the Candidate of Science degree in Physics and Mathematics (specialty code 01.04.03 - Radio Physics). - Usicov's Institute for Radio Physics and Electronics of the National Academy of Science of Ukraine, Kharkov, 2000.

In the thesis the performances of the millimeter and centimeter electromagnetic field near the sea surface at close to zero grazing angles, heights of targets close to heights of marine waves and low heights of a disposition of radar antennas are investigated. The evaluations of influence of significant shadowing (which exist at small grazing angles) on statistics of fluctuation of the depression factor are indicated. The features of polarizing performances and structures of spectra of radar reflections from marine waves and objects of a small size on a marine surface (motor, oar and sailing boats, buoys etc.) for small grazing angles are clarified. The algorithms and program methods for study of dynamics of a modification of spectra of reflections in time are developed. The performances of radar reflections of millimeter and centimeter ranges from perturbations on a marine surface which generated due to the movement of vessel ("the vessel wave") are investigated and the models for their description is developed. The possibilities of using of features of scattering of electromagnetic waves of millimeter and centimeter ranges by vessel waves for improving of the radar observation of the vessels and determination of parameters of its motion are estimated.

Key words: back scattering, electromagnetic field, HF band, VHF band, grazing angles, full-scale experiment, computer simulation, sea waves, vessel waves.

Наукове видання Кириченко Володимир Олексаццрович Зворотне розсиовавня електромагштного поля об'ектами на поверхт моря у НВЧ i КВЧ диапазонах при ковзаючих кугах опромшення

Вщповщалышй за випуск Логвинов Ю.Ф. Щцгшсано до друку 17.04.2000 р. Формат паперу 60x80/16. Пашр офс. Офс. друк. Обем 1 фЬ.д.л. Заказ № 22. Тираж 100 прим. Безкопгговно.

Ротапринт IPE in. ОЛ.Усикова HAH Украши Харыв - 85, вул. Акад. Проскури, 12