3. Отражения от водной поверхности

До сих пор отсутствуют простые аналитические способы анализа состояния водной поверхности. Это не только усложняет теоретическое изучение отражения электромагнитной энергии от водной поверхности, но и затрудняет обобщение и систематизацию результатов экспериментальных исследований.

Состояние того участка водной поверхности, который в каждом конкретном опыте является отражающим, допускает лишь грубо приближенное, главным образом словесное, описание. Поэтому при обобщениях результатов измерений приходится оперировать величинами, усредненными по не очень четко определенному ансамблю параметров, и достоверными, по-видимому, следует считать лишь качественные зависимости характеристик отраженного сигнала от параметров падающей волны и типа отражающей поверхности. Количественные же прогнозы отражений в каждом конкретном случае могут носить лишь сугубо оценочный характер.

В большинстве случаев, важных с практической точки зрения, интерес представляют характеристики «обратного» рассеяния, т. е. характеристики того сигнала, который отражается в сторону облучающего источника.

В настоящее время при теоретическом определении характеристик такого сигнала считается, что условиям рассеяния радиоволн водной (например, морской) поверхностью более всего соответствует теоретическая модель, представляющая собой суперпозицию двух статистических шероховатых поверхностей. Первая из них крупномасштабная и «гладкая». Ее статистические параметры: дисперсия случайной высоты шероховатостей и пространственный радиус их корреляции — должны выбираться в соответствии с параметрами большого морского волнения. Параметры второй поверхности задаются таким образом, чтобы их можно было рассматривать как малые отклонения от средних величин, соответствующих точкам первой поверхности. Эти параметры соответствуют «мелкому» волнению, вызываемому, например, местными ветрами и представляющие собой мелкую рябь на склонах и гребнях волн.

Применение описанной модели позволяет получить результаты, удовлетворительно согласующиеся с

экспериментом в большинстве диапазонов длин волн, используемых в радиолокации.

Анализ имеющихся результатов показывает, что при углах скольжения, меньших 60°, основная часть энергии отраженного сигнала обусловлена отражениями от мелкомасштабной резонансной ряби. При этом интенсивность отраженного сигнала зависит от поляризации передающей и приемной антенн и в случае их вертикальной поляризации оказывается более высокой, чем при горизонтальной.

Крупномасштабная статистическая шероховатость воды определяется среднеквадратическим значением тангенса угла наклона крупных волн. При описании мелкомасштабной шероховатой поверхности (ряби) используется величина среднеквадратического отклонения этой поверхности от плоскости, образующей угол а с горизонтальной плоскостью, и величина относительного пространственного радиуса корреляции где волновое число, а абсолютное значение пространственного радиуса корреляции.

Теоретический анализ показывает, что при малых углах скольжения (меньше 60°) определяющий вклад в «обратное» отражение вносит резонансная рябь, т. е. те мелкие неровности морской поверхности, волновые числа х которых связаны с волновым числом к облучающего электромагнитного поля соотношением а высота и характер волн ряби зависит от скорости ветра над водной поверхностью. Поэтому возникает предположение, что существует прямая связь между скоростью местного ветра над тем или иным участком водной поверхности и интенсивностью сигнала, отраженного этим участком поверхности в «обратном» направлении. Такое предположение подтверждается результатами ряда прямых и косвенных экспериментов.