Метод дистанционного определения состояния плоскослоистой среды по поляризационным отношениям обратного рассеяния

Введение. Уровень безопасности при осуществлении различного рода деятельности на снежно ледяном покрове водоема напрямую зависит от того, насколько точно можно определить его состояние. Например, когда требуется посадить вертолет на необорудованную и неразведанную заснеженную площадку или на замерзший водоем, чтобы перевезти грузы, людей, эвакуировать пострадавших или провести поисково-спасательные работы. Возможность удаленно выявлять характеристики слоев снежно ледяного покрова и воссоздавать их структуру позволяет принять решение, можно ли сажать вертолет в выбранном месте или нужно искать альтернативную площадку, которая будет соответствовать необходимым требованиям. От этого будет зависеть уровень безопасности посадки воздушного судна.
Цель работы. Разработка неинвазивного метода исследования плоскослоистой среды посредством изучения поляризационных отношений сигналов обратного рассеяния с вертикальной и горизонтальной поляризациями в рамках работы радиолокационной системы подповерхностного зондирования, размещенной на борту вертолета.
Материалы и методы. Для моделирования работы радиолокационной системы, предназначенной для подповерхностного зондирования, применялась платформа Engee и язык программирования Julia.
Результаты. Создан инновационный метод, позволяющий дистанционно оценивать характеристики плоскослоистой среды. В основе подхода анализ поляризационных характеристик сигналов обратного рассеяния от границ раздела слоев плоскослоистой среды с вертикальной и горизонтальной поляризациями. Выявлены диапазоны соотношений поляризационных характеристик сигналов обратного рассеяния, которые коррелируют с различными плотностями слоев снежно ледяного покрова при определенных углах.
Заключение. Разработка неинвазивного метода исследования плоскослоистых сред посредством изучения поляризационных характеристик обратнорассеянного радиосигнала открывает новые возможности в оценке снежно-ледяного покрова. Благодаря этому подходу становится возможным автоматизировать процедуру анализа пригодности неподготовленных и неразведанных заснеженных площадок или водоемов со снежно ледяным покровом для посадки вертолетов. Отличительная черта предложенного метода заключается в его способности распознавать все слои в многослойной среде, в то время как существующие методы, как правило, ограничиваются анализом лишь приповерхностного слоя.

1. Купряшкин И. Ф., Лихачев В. П., Рязанцев Л. Б. Малогабаритные многофункциональные РЛС с непрерывным частотно модулированным излучением. М.: Радиотехника, 2020. 288 с.

2. Машков В. Г., Малышев В. А., Прохорский Р. А. Концепция обеспечения безопасной посадки воз-душного судна вертолетного типа военного назначения // Воздушно космические силы. Теория и практика. 2020. № 16. С. 76-89.

3. Машков В. Г., Малышев В. А. Модель управления посадкой воздушного судна вертолетного типа на неподготовленную заснеженную площадку // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2019. Т. 7, № 4. С. 1 10. doi: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.037

4. Машков В. Г., Малышев В. А. Модель управления посадкой воздушного судна вертолетного типа на водоем со снежно ледяным покровом // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2020. Т. 8, № 3. С. 1 9. doi: 10.26102/2310-6018/2020.30.3.017

5. Пат. RU 2707275. Способ выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа / В. Г. Машков, В. А. Малышев. Опубл. 26.11.2019. Бюл. № 33.

6. Пат. RU 2737761. Способ оценки возможности посадки воздушного судна вертолетного типа на водоем со снежно ледяным покровом / В. Г. Машков, В. А. Малышев, Р. А. Прохорский. Опубл. 02.12.2020. Бюл. № 34.

7. Sudarsan Krishnan. Modeling and simulation analysis of an FMCW radar for measuring snow thick-ness. URL: https://ittc.ku.edu/research/thesis/documents/sudarsan_krishnan_thesis.pdf (дата обращения: 15.01.2025).

8. Приказ Минтранса РФ от 31 июля 2009 г. № 128 "Об утверждении Федеральных авиационных правил "Подготовка и выполнение полетов в гражданской авиации РФ". URL: https://base.garant.ru/196235/ (дата обращения: 15.01.2025).

9. Пат. RU 2623668. Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера океан / А. С. Запевалов. Опубл. 28.06.2017. Бюл. № 19.

10. Пинчук А. Н. Влияние поляризации зондирующего радиосигнала на эффективность выделения отклика надводной цели // Наука и образование. МГТУ им. Баумана. 2015. № 3. С. 140 152. doi: 10.7463/0315.0760670

11. Малышев В. А., Машков В. Г. Cкорость распространения электромагнитной волны в снежно ледяной подстилающей поверхности // Радиотехника. 2020. Т. 84, № 3 (5). С. 40 54. doi: 10.18127/j00338486-202003(05)-05

12. Глазовский А. Ф., Мачерет Ю. Я. Вода в ледниках. Методы и результаты геофизических и дистанционных исследований. М.: ГЕОС, 2014. 528 с

13. Macheret Ju. Ja., Glazovsky A. F. Estimation of absolute water content in Spitsbergen glaciers from radar sounding data // Polar Research. 2000. Vol. 19, № 2. P. 205 216. doi: 10.1111/j.1751-8369.2000.tb00344.x

14. Мачерет Ю. Я. Оценка содержания воды в ледниках по гиперболическим отражениям // Материалы гляциологических исследований. 2000. № 89. С. 3 10.

15. Гринев А. Ю., Темченко В. С., Багно Д. В. Радары подповерхностного зондирования. Мониторинг и диагностика сред и объектов. М.: Радиотехника, 2013. 391 с.

16. Казьмин А. И., Федюнин П. А. Восстановление структуры электрофизических параметров многослойных диэлектрических материалов и покрытий по частотной зависимости коэффициента ослабления поля поверхностной электромагнитной волны // Измерительная техника. 2019. № 9. С. 39 45. doi: 10.32446/0368-1025it.2019-9-39-45

17. Федюнин П. А., Казьмин А. И., Манин В. А. СВЧ способ дефектоскопии радиопоглощающих покрытий и устройство для его реализации // Контроль. Диагностика. 2017. № 11. С. 32 39. doi: 10.14489/td.2017.11.pp.032-039

18. Бреховских Л. М. Волны в слоистых средах. M.: Наука, 1973. 343 с.

19. Пат. RU 2262718. Способ измерения толщины снежного покрова / Е. Л. Шошин, А. М. Суханюк, И. И. Плюснин. Опубл. 20.10.2005. Бюл. № 29.

20. Машков В. Г. Метод дистанционной идентификации состояния снежно ледяного покрова по отношениям коэффициентов отражения Френеля // Изв. вузов России. Радиоэлектроника. 2020. Т. 23, № 5. С. 46 56. doi: 10.32603/1993-8985-2020-23-5-46-56

21. Скорость распространения радиоволн в сухом и влажном снежном покрове / В. М. Котляков, Ю. Я. Мачерет, А. В. Сосновский, А. Ф. Глазовский // Лед и снег. 2017. Т. 57, № 1. С. 45 56. doi: 10.15356/2076-6734-2017-1-45-56

22. Машков В. Г., Малышев В. А. Обеспечение безопасной посадки воздушного судна вертолетного типа в условиях недостаточной информативности закабинной обстановки. М.: Радиотехника, 2022. 304 с.

23. Пат. RU 2852744. Устройство выбора площадки при посадке по вертолетному / В. Г. Машков, А. Е. Милях. Опубл. 15.12.2025. Бюл. № 35.

24. О возможности определения диэлектрической проницаемости верхних слоев подстилающих сред по измеренным коэффициентам отражения при наклонном зондировании плоскими волнами вертикальной и горизонтальной поляризации в СВЧ диапазоне / А. С. Шостак, В. В. Загоскин, С. П. Лукьянов, А. С. Карауш // Журн. радиоэлектроники. 1999. № 11. С. 1 12.

25. Пат. RU 2613810. Способ измерения относительной комплексной диэлектрической проницаемости материала с потерями в СВЧ диапазоне / Г. Г. Валеев. Опубл. 21.03.2017. Бюл. № 9.