Введение к работе
Актуальность темы. В настоящее время бурное развитие средств связи, а также методов дистанционного зондирования и обнаружения различных природных и искусственных образований, неразрывно связано с необходимостью дальнейшего изучения особенностей распространения электромагнитного излучения в случайно-неоднородных средах. Актуальность данного исследования обусловлена тем, что столь различные на первый взгляд среды, как атмосферные облака, морская вода, космическая плазма, биологические ткани, фотографические материалы и т.п., при соответствующем выборе длины волны излучения обладают весьма схожими рассеивающими свойствами. Это позволяет использовать универсальные приемы при исследовании статистических характеристик волн, испытавших влияние хаотических неоднородностей сред различной физической природы. Знание этих характеристик, в свою очередь, является весьма актуальным при разработке способов увеличения помехозащищенности систем связи, при повышении эффективности работы различного рода диагностирующих, локационных и наблюдательных систем.
В качестве примера можно привести использование информации о флуктуациях параметров волн в целях диагностики турбулентных сред при радиопросвечивании, широко применяемом в настоящее время для изучения околосолнечной, межпланетной и ионосферной плазм. Электромагнитное излучение оптического диапазона широко используется в океанографических исследованиях. Знание особенностей распространения электромагнитных волн в рассеивающих средах очень важно при разработке различных систем подводного оптического наблюдения. Рассеивающие свойства, аналогичные морским, но по отношению к излучению, лежащему в ближнем Ж диапазоне, имеют биологические ткани животных и человека. Вместе с этим, относительно высокая проникающая способность ИК излучения в ткани позволяет использовать оптические методы для контроля внутренних органов животных.
Во многих практических приложениях на статистические характеристики волновых полей оказывает значительное влияние регулярное поглощение. В сильнопоглощаюишх случайно-неоднородных средах Стак называемых, мутных средах) распространение волн приобретает новые по сравнению с прозрачной средой специфические черты. В связи с этим, теоретическое решение задачи о влиянии диссипации
на статистические характеристики излучения различной природы, прошедшего через случайные среды, имеет важное значение для понимания ряда явлений, встречавшихся при разработке вышеперечисленных научных проблем.
В настоящее время решение этой задачи еще далеко от полного завершения. Так, недостаточно исследованы особенности переноса излучения в мутных средах, характерные для случая наклонного освещения их границы. Эта задача сложнее более подробно изученного случая нормального падения лучей на поверхность среды. До сих пор отсутствует достаточно универсальная методика расчета волновых полей в поглощающих анизотропно рассеивавших средах в условиях сильно выраженной асимметрии задачи. Поэтому, такие практически важные вопросы, как расчет усредненного углового и пространственного распределений яркости в волновом пучке конечной ширины, изучение особенностей импульсного наклонного зондирования, а также статистические характеристики излучения на больших глубинах, при переходе к, так называемому, глубинному режиму, рассмотрены в опубликованных работах других авторов недостаточно подробно и точно.
Цель работы. В связи с этим, целью диссертационной работы является систематический анализ влияния диссипации и рассеиваниях свойств среды на статистические характеристики принимаемого излучения и их эволецис с глубиной при наклонном освещении поверхности пучком конечной ширины, в общем случае, нестационарным.
Научная новизна работы заключается как в постановке некоторых не рассматривавшихся ранее задач, так и в полученных в ней оригинальных результатах. В частности, в работе впервые:
-
показано, что при наклонном освещении поглощающей анизотропно рассеивающей среды волновым пучком ширина распределения пространственной облученности в горизонтальном сечении пучка и усредненного в этом сечении углового распределения лучевой интенсивности может увеличиваться с ростом показателя поглощения среды; установлено, что этот эффект выражен сильнее в средах с индикатрисой, плавно спадающей в области больших углов рассеяния;
-
исследован случай импульсного наклонного освещения по-
верхности мутной среды ограниченным пучком; при этом выяснено, что поглощение наиболее сильно искажает временные характеристики поля, зарегистрированные протяженным приемником; при этом, время прихода максимума сигнала на заданную глубину оказывается меньшим, чем в непоглощащей среде, а его длительность возрастает с увеличением показателя поглощения среды;
-
анализируется форма угловой диаграммы яркости при наклонном освещении сильнспоглощающей среды; показано, что в среде с полидисперсным характером неоднородностей форма диаграммы в переходной к глубинному режиму излучения области сильно отличается от гауссовой;
-
показано, что формирование асимптотического (глубинного) режима излучения при наклонном освещении границы анизотропно рассеивающей поглощающей среды существенно отличается от случая нормального падения освещающего пучка; выяснено, что в сильнопо-глещаюцей среде в процессе приближения к глубинному режиму ширина угловой диаграммы яркости меняется немонотонно и может заметно превышать свое асимптотическое значение.
Практическая ценность. Полученные в работе результаты могут быть использованы:
при исследовании рассеивающих свсЗств мутных сред (ИК зондировании атмосферных облаков и тканей животных);
при разработке систем подводного оптического наблюдения;
для объяснения светового режима в океане при естественном и искусственном освещении его поверхности.
Апробация результатов. Материалы диссертации были представлены на XII Межреспубликанском симпозиуме по распространение лазерного излучения в атмосфере и водных средах (Томск, 1993), XVII конференции по распространению радиоволн (Ульяновск, 1993), Международном совещании по распространению волн в случайных средах (Seattle, 1992), докладывались на Международной научной школе - семинаре "Динамические и стохастические волновые явления" (Нижний Новгород, 1992), Международной летней школе по физике космической плазмы (на борту теплохода, следующего по маршруту Нижний Новгород - Васильсурск - Москва - Нижний Новгород, 1993), IX научной конференции молодых ученых и специалистов Волго-Вятского региона (Горький, 1990), научной конференции ГГУ по итогам
научно-исследовательских работ за 1989 год (Горький, 1990), научных конференциях ННГУ по радиофизике (Нижний Новгород, 1992; 1993), семинарах ННГУ и НИРФИ, а также опубликованы в работах [1-ИЗ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Общий объем диссертации составляет 132 страницы, в том числе 93 страницы основного текста, 38 рисунков, список литературы из 133 наименований.
