В. М. Артюшенко1, В. И. Воловач2
1 Технологический университет имени дважды Героя Советского Союза, летчика-космонавта А.А. Леонова – филиал ФГБОУ ВО «Московский государственный университет геодезии и картографии» (г. Королев, Московская обл., Россия)
2 Поволжский государственный университет сервиса (г. Тольятти, Россия)
2 МИРЭА – Российский технологический университет (Москва, Россия)

1 artuschenko@mail.ru, 2 volovach.vi@mail.ru

Постановка проблемы. Для описания связей между характеристиками рассеяния, теплового излучения и геометрией земной поверхности используются радиофизические модели, которые учитывают не только эффекты однократного, но также и многократного рассеяния и затенений, последние рассматриваются в настоящей статье. Учет эффектов вторичного и многократного рассеяния позволяет уменьшить характерную методическую ошибку в сравнении с приближенной оценкой при однократном рассеянии. Радиофизическая модель, использующая многократные рассеяния и затенения, может быть эффективно применена для описания связи между рассеивающими и излучательными свойствами естественных покровов.

Цель. Осуществить анализ влияния в приближении Кирхгофа атмосферы и неровностей отражающей поверхности на радиометрические характеристики естественных покровов при учете эффектов затенений и многократного рассеяния.

Результаты. Рассмотрены возможности определения коэффициента излучения через определение среднего потока энергии, проходящей через неровную границу, и посредством расчета бистатического коэффициента рассеяния. Показано, что в случае гауссовского распределения тангенса угла наклонов неровностей поверхности для описания характеристик рассеяния и излучения используются угол наблюдения, диэлектрическая проницаемость среды и дисперсия тангенса угла наклонов случайных неровностей. Произведена количественная оценка эффекта вторичного и многократного рассеяния. Приведен механизм учета влияния отраженного излучения атмосферы на излучение естественного покрова. Получена радиофизическая модель излучения поверхности, позволяющая учесть в приближении Кирхгофа влияние отраженного излучения безоблачной атмосферы и шероховатости поверхности на характеристики теплового сигнала. Показано, что методическая погрешность полученной радиофизической модели определяется в конкретных случаях относительной ролью эффектов многократного рассеяния. Определено, что эквивалентная температура излучения атмосферы имеет слабую зависимость не только от параметра шероховатости, но и от вида поляризации принимаемого излучения.

Практическая значимость. Полученная радиофизическая модель, использующая многократные рассеяния и затенения, может быть использована для описания связи между рассеивающими и излучающими свойствами естественных покровов. Установлено, что эффекты многократного рассеяния необходимо учитывать при дисперсии тангенса угла наклона, превосходящей единицу.

Артюшенко В.М., Воловач В.И. Анализ влияния атмосферы и неровностей отражающей поверхности на радиометрические характеристики естественных покровов // Антенны. 2025. № 5. С. 5–15. DOI: https://doi.org/10.18127/j03209601-202505-01

1. Левин М.Л., Рытов С.М. Теория равновесных тепловых флуктуаций в электродинамике. М.: Наука. 1967.
2. Островитянов Р.В., Басалов Ф.А. Статистическая теория радиолокации протяженных целей. М.: Радио и связь. 1982.
3. Артюшенко В.М., Воловач В.И. Статистические характеристики смеси сигнала и аддитивно-мультипликативных помех с негауссовским характером распределения // Радиотехника. 2017. № 1. С. 95–102.
4. Артюшенко В.М., Воловач В.И. Квазиоптимальная обработка сигналов на фоне аддитивной и мультипликативной негауссовских помех // Радиотехника. 2016. № 1. С. 124–130.
5. Яковлев О.И., Якубов В.П., Урядов В.П., Павельев А.Г. Распространение радиоволн: Учебник / Под ред. О.И. Яковлева. Изд. 2-е, стер. М.: ЛЕНАНД. 2019.
6. Копилович Л.Е., Фукс И.М. Индикатрисы рассеяния и альбедо сильношероховатых поверхностей // Известия вузов. Радиофизика. 1981. Т. 24. № 7. C. 840–850.
7. Bass F.G., Fuks I.M. Wave scattering from statistically rough surfaces. International Series in Natural Philosophy. Elsevier. 2013.
8. Монаков А.А., Храмченко Г.Н. Модель радиолокационных сигналов в случае двумерной шероховатой поверхности // Радиотехника. 1997. № 12. С. 44–48.
9. Nordam T., Letnes P.A., Simonsen I. Numerical simulations of scattering of light from two-dimensional rough surfaces using the reduced Rayleigh equation // Frontier in Physics. 2013. V. 1 (1).
10. Darmom M., Moore R.K., Weeks W.F. Surface-based scatterometer results of arctic sea ice // IEEE Transaction on Geoscience Electronics. 1979. V. 17. № 3. P. 78–85.
11. Fung A.K., Eom H.J. Note on the Kirchhoff rough surface solution in backscattering // Radio Science. 1981. V. 16. № 3. P. 299–302.
12. Монаков А.А. Моделирование рассеянного шероховатой поверхностью радиосигнала методом стационарных точек // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2023. Т. 26. № 3. С. 67–76.
13. Леонтьев В.В., Бородин М.А. Усечение падающего поля в задаче рассеяния электромагнитных волн на случайных поверхностях конечной длины // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2021. Т. 24. № 4. С. 48–56.
14. Бородин М.А., Михайлов В.Н., Филиппова П.А. Математическая модель доплеровского спектра сигнала, рассеянного морской поверхностью, при скользящих углах облучения // Известия вузов России. Радиоэлектроника. 2019. Т. 22. № 3. С. 63–73.
15. Valagiannopoulos C. Maximal quantum scattering by homogeneous spherical inclusions // Physical Review B. 2019. V. 100 (3). 035308.
16. Komarov A.S., Isleifson D., Barber D.G., Shafai L. Modeling and measurement of C-band radar backscatter from snow-covered first-year sea ice // IEEE Transaction on Geoscience and Remote Sensing. 2015. V. 53. № 7. P. 4063–4078.
17. Шарков Е.А. Радиотепловое дистанционное зондирование Земли: физические основы. Т. 1. М.: ИКИ РАН. 2014.
18. Голунов В.А., Зражевский А.Ю., Павельев А.Г. Влияние атмосферы и шероховатости поверхности на радиометрические характеристики естественных покровов // Радиотехника и электроника. 1988. № 12. С. 2544–2550.