Метод дистанционной идентификации состояния снежно-ледяного покрова по отношениям коэффициентов отражения Френеля

Введение. В настоящее время разработка систем безопасной посадки вертолетов как наиболее сложного и опасного этапа полета является одной из приоритетных задач, решением которой занимается значительное число фирм в нашей стране и за рубежом. Посадка на неподготовленные (необорудованные) площадки со снежно-ледяным покровом может быть вызвана необходимостью доставки подразделений, грузов и боеприпасов в боевых условиях, поисково-спасательными операциями, эвакуацией пострадавших и т. д. Ключевым фактором в принятии решения на посадку является информация о высоте снежного и глубине ледяного покрова. В данной статье предложена дистанционная идентификация состояния снежно-ледяного покрова, исключающая необходимость присутствия человека из числа экипажа или спасателей на посадочной площадке.

Цель работы. Разработка метода дистанционной идентификации состояния снежно-ледяного покрова, используемого в определении возможности выполнения безопасной посадки воздушного судна вертолетного типа на водоем со снежно-ледяным покровом.

Материалы и методы. Численное моделирование в среде MatLab поляризационного отношения коэффициентов отражения Френеля эхосигналов с вертикальной и горизонтальной поляризацией в интервале от 25 до 45°.

Результаты. Интервалы поляризационных отношений соответствуют интервалам плотностей слоев снежно-ледяного покрова для фиксированных углов. Так, например, при θ = 34° для сухого снега ρ_ds = 100…500 кг/м³ (ε'_ds = 1.162…1.984) – P_rm= 5.6915...3.3266; сухого фирна ρ_df = 500…700 кг/м³ (ε'_df = 1.984…2.51) – P_rm= 3.3266...2.8311; сухого льда ρ_di = 700…913 кг/м³ (ε'_di = 2.51…3.179) – P_rm= 2.8311...2.4753. Решение обратной задачи реконструкции слоев осуществляется посредством косвенного определения комплексной относительной диэлектрической проницаемости каждого последующего нижележащего слоя с разрешением по действительной части 10^-2. Устанавливается тождественность полученных характеристик слоев снежно-ледяного покрова с расчетными (образцовыми) значениями.

Заключение. Дистанционная идентификация составляющих элементов структуры снежно-ледяного покрова позволяет автоматизировать процесс оценки возможности выполнения посадки, тем самым снизив время принятия решения и повысив уровень безопасности. В отличие от известных методов идентификации приповерхностного слоя осуществляется идентификация слоев многослойной среды.

1. Машков В. Г., Малышев В. А. Модель управления посадкой воздушного судна вертолетного типа на неподготовленную заснеженную площадку // Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2019. № 4 (27). С. 1–10. doi: 10.26102/2310-6018/2019.27.4.037

2. Пат. RU 2707275 G01S 13/94 (2006.01). Способ выбора площадки для посадки воздушного судна вертолетного типа / В. Г. Машков, В. А. Малышев; опубл. 26.11.2019. Бюл. № 33.

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

4. 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. URL: http://jre.cplire.ru/mac/nov99/4/abstract.html (дата обращения 07.12.2017).

5. Пат. RU 2613810 G01R 27/00 (2006.01). Способ измерения относительной комплексной диэлектрической проницаемости материала с потерями в СВЧ диапазоне / Г. Г. Валеев; опубл. 21.03.2017. Бюл. № 9.

6. Пат. RU 2623668 G01R G01N (2006.01). Способ дистанционного определения относительной диэлектрической проницаемости среды под границей атмосфера-океан / А. С. Запевалов; опубл. 28.06.2017. Бюл. № 19.

7. Пинчук А. Н. Влияние поляризации зондирующего радиосигнала на эффективность выделения отклика надводной цели // Наука и образование. 2015. Т. 15, № 3. С. 140–152. doi: 10.7463/0315.0760670.

8. Гринев А. Ю., Темченко В. С., Багно Д. В. Радары подповерхностного зондирования. Мониторинг и диагностика сред и объектов. М.: Радиотехника, 2013. 392 c.

9. 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

10. Sudarsan Krishnan B. E. Modeling and simulation analysis of an FMCW radar for measuring snow thickness / Electronics and communication engineering. University of Madras, 2000. 84 p.

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

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

13. Macheret Yu. Ya., Glazovsky A. F. Estimation of absolute water content in Spitsbergen glaciers // Polar Research. 2000. Vol. 19, № 2. P. 205–216. doi: 10.3402/polar.v19i2.6546

14. Купряшкин И. Ф., Лихачев В. П., Рязанцев Л. Б. Малогабаритные многофункциональные РЛС с непрерывным частотно-модулированным излучением. М.: Радиотехника, 2020. 288 с. doi: 10.18127/В9785931081915

15. Пат. RU 2262718 G01S13/95 (2006.01). Способ измерения толщины снежного покрова / Е. Л. Шошин, А. М. Суханюк, И. И. Плюснин; опубл. 20.10.2005. Бюл. № 29.