Введение к работе
АКТУАЛЬНОСТЬ ТЕМЫ
В последние года в СНГ и за рубежом уделяется большое внимание освоению миллиметрового (ММ) диапазона волн, развитию его техники и элементной базы. ММ волны уже с успехом применяются в таких областях как радио-астрономия, диагностика плазмы, метеорология, медицина, дистанционное зондирование и связь. Интерес к этому диапазону обусловлен значительными успехами, достигнутыми в области твердотельной технологии, в результате чего возникла реальная возможность реализовать присущие только ММ волнам преимущества. Это - всепогодность, высокое угловое разрешение, сравнимое уже с разрешением оптических приборов, возможность создания малогабаритной приэмо-передающей аппаратуры в интегральном исполнении с микрополосковыми антеннами и ФАР.
Известно, что при распространении в атмосфере ММ волны в отличие от СМ волн испытывают значительное молекулярное поглошение в водяном пара и кислороде. Так как поглошениэ в парах воды и кислороде имеет выраженный резонансный характер, то и обусловленное им ослабление и рвдиояркостная температура (РЯТ) атмосферы в ММ диапазоне изменяются неравномерно по частоте и зависят как от длины волны, так и от распределений температуры, давления и влажности с еысотой. Эти распределения метеопараметров подвержены значительным вариациям и связаны со многими факторами: сезоном года и времени суток, географическими условиями местности, типом подстилающей поверхности и др. Соответственно вертикальное поглощение и РЯТ атмосферы обнаруживают заметную изменчивость в пространстве и во времени, что осложняет сопоставление экспериментальных данных между собой, с теоретическими оценками, а также установление связей между метеорологическими и радиофизическими характеристиками атмосферы. Проведенные к настоящему времени теоретические и экспериментальные исследования не дают полного представления о пространственных, спектральных и временных вариациях поглощения и излучения атмосферы Земли, особенно в отличают тся от средних условиях высокогорья, а знание этих характеристик весьма важно
4 для выбора оптимальных длин волн при решении многих практических задач.
В последние годы в целях дистанционного зондирования широко ведутся исследования структуры полей яркости поверхности Земли в различных спектральных диапазонах, изучаются статистические свойства РЯТ с целью выявления признаков, по которым возможна классификация участков земной поверхности. Также как и в случае атмосферы, пространственное распределение РЯТ подстилающих поверхностей испытывает значительные вариации под еоздєйстеиєм внешних условий. Это обстоятельство определяет возрастающий интерес к изучению взаимосвязей параметров, характеризующего структуру яркостного поля покрова с метеопараметрами атмосферы, ее нисходящим излучением, сезонным состоянием растительности и покрова исследуемого участка. В условиях горной маетности, задачи изучения радиоизлучения атмосферы и подстилающих поверхностей еще более усложняются, поскольку при малых углах места сильное влияние на индикатрису РЯТ неба оказывают склоны гор, имеющие самые разнообразные типы поверхностей, их ориентация и наклон относительно направления приема, состояния почвы в зависимости от географических и метеоусловий, сезона года и т.д. Поэтому создание математической модели нисходящего излучения атмосферы в условиях высокогорья Кыргызстана и изучение характеристик радиотеплового излучения горных покроЕОЕ представляются весьма актуальными, при этом основными методами изучения радиоизлучения атмосферы и подстилающей поверхности в горных условиях являются разносторонние экспериментальные исследования.
разработка аппаратуры, методик измерений и проведение экспериментальных исследований нисходящего излучения атмосферы, изучение влияния сезона года, высоты над уровнем моря,географических и метеоусловий на излучательные и поглощающие свойства атмосферы в коротковолновой ( KB ) части Ш диапазона волн.
изучение количественных соотношений между случайными и регулярными изменениями мете о - и радиофизических характеристик атмосферы, определение применимости существующих методов расчета и создание инженерных формул для оперативной оценки параметров
5 радиоизлучения атмосферы в условиях высокогорья.
- получение радаоизображения участков местности и измерение их радиояркостных характеристик.
Разработан полевой передвижной вариант высокочувствительного приемного комплекса KB части ММ диапазона (А, = 2.95 - 3.42 мм) и методики абсолютных и относительных измерений, позволяющие проводить экспериментальные исследования временных вариаций излучения и поглощения атмосферы, радиояркостных температур, контрастов и радиотепловых карт горных покровов и ландшафтов. Впервые эксперт- ментально получены угловыз, сезонные и Еысотные зависимости РЯТ атмосферы и ее интегрального поглощения в условиях высокогорья Кыргызстана. Изучены статистические характеристики излучения и поглощения атмосферы, их зависимости от сезона года, высоты над уровнем моря и погодных условий и их связь с метеорологическими параметрами. Предложены инженерные модели излучающих атмосфер Земли в окнах прозрачности ММ диапазона для различных сезонных и погодных условий. Проведено сравнение полученных экспериментальных данных по атмосферному излучению и поглощению с результатами численных расчетов, выполненных по метеозондовым данным и показано, что модельные расчеты, проведенные по выбранным методикам, удовлетворительно согласуются с экспериментом. Измерены радиояркостные температуры пород на горных склонах и на пригоризонтных участках ландшафта, получены радиотеплоЕые карты местности.
Результаты диссертационной работы необходимы для разработки технических требований к сеязной и специальной аппаратуре ММ диапазона, методики учета влияния излучения атмосферы и подстилающих поверхностей на характеристики проектируемых радиотехнических систем ММ диапазона с высоким угловым разрешением, работающих на различных высотах над уровнем моря.Полученные экспериментальные данные и выеоды позеоляют определять оптимальные энергетические параметры и технические характеристики привмо-передагацих систем в аппаратуре связи, локации и
дистанционного зондирования. * Разработанная экспериментальная аппаратура и методики измерений представляют собой готовую систему исследования атмосферы и подстилающих поверхностей, позволяющую оперативно контролировать и оцєниезть такие параметры как яркостная температура, поглощение атмосферы и ее водозапас, излучательную способность различных типов горных покровов, получать радиотепловые карты ландщафтов. Материалы диссертации использованы в НИР организаций: ИРЭ РАН, МГТУ им.Н.Э.Баумана, ЦНИИ радиоэлектронных систем и ИФ АН Республики Кыргызстан.
Основные результаты диссертационной работы докладывались на конференциях:
1. Xiv Всесоюзная конференция по распространению радиоволн,
Ленинград, октябрь, 1984 г.
-
и Всесоюзная школа-симпозиум по распространению ММ и СБММ волн в атмосфере, Фрунзе, сентябрь, 1986 г.
-
Xv Всесоюзная конференция по распространению радиоволн , Алма-Ата, октябрь, 1987 г.
-
ш Всесоюзная школа-симпозиум по распространению ММ и СБММ волн е атмосфере, Харьков, сентябрь, 1989 г.
-
Республиканская конференция по физике, Фрунзе, сентябрь, 1990 г.
-
Международная конференция " Экология высокогорных регионов ", Бишкек, август 1991 г.
-
iv Всесоюзная школа-симпозиум по распространению ММ и СБММ волн в атмосфере , Никний-Новгород, сентябрь, 1991 г.
По основным результатам опубликовано 8 работ, список которых приведен в конце автореферата.
Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы. Работа содержит 118 страниц машинописного текста, включая 43 рисунка и 7 таблиц. Список литературы составляет 85 наименований.
