26.5. РАДИОЛОКАЦИОННАЯ АСТРОНОМИЯ

Если ширина луча антенны передатчика, установленного на поверхности Земли, достаточно широка для облучения всего космического объекта, то, как это показано в § 25.1.1, величина отраженной энергии, поступающей на вход приемника, определяется соотношением радиолокации

Если же, с другой стороны, ширина луча такова, что вся энергия передатчика падает только на объект,

где в выражении для коэффициента отражения учтена и степень направленности, зависящая от типа рассеяния. Применительно к гладкой металлической сфере обычно имеем: (радиус сферы) Так как интенсивность отраженного сигнала быстро убывает с увеличением расстояния, то, пользуясь методами радиолокационной астрономии, мы можем наблюдать только ближайшие космические тела. Рассмотрим, например, Луну [393]. Полагая и что величина эффективного диаметра антенны составляет 0,85 от ее физического диаметра из уравнений (26.41) и (26.42) получаем

где частота в мегагерцах, диаметр в метрах. На рис. 26.16 представлена зависимость от частоты. Мощность минимального обнаруживаемого сигнала, если коэффициент шума приемника составляет 10, а полоса пропускания 20 гц, равна Таким образом, а затухание сигнала при распространении до Луны и обратно равно 221 дб.

Рис. 26. 16. Затухание радиолокационного сигнала, отраженного от поверхности Луны. Размер антенны выражен в метрах. Коэффициент отражения равен 0,17; ширина импульса 12 мсек. (См. [84].)

Если неровности лунной поверхности много меньше длины волны, отражение будет зеркальным; если же неровности имеют порядок длины волны, функция рассеяния задается законом косинуса Ламберта и некоторые части диска затемняются; если неровности оказываются много больше длины волны, функция рассеяния определяется законом Лоуммеля — Силигера и Луна представляется в виде равномерно яркого диска.

Частота отраженного сигнала несколько отличается от частоты излучаемого сигнала благодаря эффекту Допплера. Аксиальный спин Луны является причиной возникновения допплеровского расширения спектра, соответствующего положительной или отрицательной скорости лимба относительно центра тяжести. Допплеровский сдвиг частот, обусловленный вращением Земли со скоростью [261], равен Величина же допплеровского сдвига благодаря относительному движению Земли и Луны со скоростью оказывается много меньшей.

Радиолокационное отражение от поверхности Луны впервые было получено [184, 198, 269] на частоте с помощью решетки диполей площадью коэффициент направленного действия которой был равен 250. Величина допплеровского сдвига была равна 327 гц. Поэтому супергетеродинный приемник с 4 ступенями преобразования был настроен с учетом этого сдвига. Мощность

передатчика была равна коэффициент шума приемника 5 дб, а полоса пропускания приемника 50 гц. Отражение от Луны было получено также [22] на частоте В опытах [98] с разнесенными передатчиком и приемником с использованием непрерывного излучения мощностью на частоте было обнаружено явление быстрого фединга, обусловленное эффектом Допплера. Исследование эффекта вращения Фарадея в ионосфере дало возможность [51, 81, 202] определить содержание электронов в ионосфере Земли. Поворот плоскости поляризации на 180° в течение 6 час приводит [315] к появлению фединга глубиной в 16 дб.

Рис. 26. 17. Отражение импульсного сигнала от поверхности Луны: а — форма отраженного сигнала; б - относительная величина энергии принимаемого сигнала при длительности импульса 10 мксек и частоте несущей в — расстояние до Луны при измерении на частоте и длительности импульса 2 мксек. (См. [262, 273].)

Изучение отражающих свойств лунной поверхности производилось с помощью импульсов, ширина которых была малой по сравнению с временем прохождения через поверхность. Если поверхность Луны совершенно гладкая, эхо-сигналы приходят в основном от первой зоны Френеля, т. е. отражение происходит от самого ближайшего слоя, радиальная толщина которого равна Сигналы, отраженные от других зон Френеля, достаточно часто приходят в противофазе, что приводит к их взаимной компенсации, в силу чего полная интенсивность отраженного поля равна половине той, которая ожидается от одной первой зоны. Пиковое значение отраженного сигнала будет, таким образом, одинаковым и для импульсного, и для непрерывного режимов работы. Это показано на рис. 26.17, а вертикальной линией. Отраженный сигнал от весьма неровной поверхности будет протяженным, а его форма совпадает с видом распределения радиолокационной яркости по видимому диску. Так как расстояние от ближайшей к Земле точки поверхности Луны до края ее диска равно то длительность отраженного сигнала оказывается равной 11,6 мксек, и в случае

постоянной яркости огибающая его имеет форму, изображенную на рис. 26.17, а.

Трекслер [262] произвел исследование отражений от Луны при импульсном режиме работы на частоте Он пользовался антенной, имевшей форму параболоида с эллиптической апертурой, размером Коэффициент направленного действия антенны равен 40 дб, ширина луча 1,4°, мощность передатчика длительность импульса 10 мксек. На графике рис. 26.17, б представлена зависимость относительной величины энергии принимаемого сигнала от времени, начало отсчета которого совпадает с моментом прихода сигнала. Из рассмотрения этой зависимости видно, что более половины энергии принимаемого сигнала приходится на первые сигнал такой длительности эквивалентен сигналу, получаемому при отражении от круга диаметром (приблизительно одна десятая диаметра Луны). Результаты измерений, произведенных Япли [279] на частоте с помощью параболоида и передатчика мощностью при длительности импульса порядка 2 мксек, показывают, что ослабление сигнала при распространении до Луны и обратно равно 200 дб. Такая величина ослабления соответствует наличию рассеивающей поверхности, площадь поперечного сечения которой равна

Эти и другие результаты [298, 299, 309, 345] можно объяснить [293, 307, 308, 357, 383], используя концепцию квазигладкого механизма рассеяния. Главную часть сигнала образуют радиоволны, имеющие структуру сигнала, отраженного от гладкого тела. На этот сигнал накладываются отражения от зеркальных поверхностей типа гор или кратеров, которые ориентированы так, что отраженный сигнал распространяется в сторону Земли. Расстояние до Луны можно легко определить с помощью радиолокационной аппаратуры. Некоторые результаты подобных измерений на частоте приведены на рис. 26.17, в. Период повторения импульсов был следовательно, одновременно в эфире находилось около 600 импульсов. Результирующая неопределенность в определении дальности была разрешена при рассмотрении импульсов на экране электроннолучевой трубки, периоды развертки которой отличались друг от друга на 10 мксек.

Можно предполагать, что интенсивность сигналов, отраженных от Солнца [300] и планет, будет много слабее интенсивности сигналов, отраженных от Луны. Если идеализировать космические тела, считая их поверхность ровной и идеально отражающей, а форму сферической, то соответствующий энергетический параметр отраженного сигнала имеет вид Эти данные, отнесенные к отражению от Луны, приведены в таблице 26.4. При количественном изучении радиолокационного сигнала, отраженного от Солнца, Керр [151] показал, что на частоте при учете поправки на рефракцию и поглощение в солнечной атмосфере поперечное сечение рассеивающей поверхности равно Ввиду вращения Солнца для приема 55% энергии отраженного сигнала требуется полоса

пропускания приемника порядка 500 гц. Считая эффективную температуру Солнца равной , а температуру антенны за счет наличия шума галактик , получаем, что мощность шумов на входе антенны с коэффициентом направленного действия 35 дб равна Если время последетекторного накопления равно 10 сек, длительность импульса больше 7 сек, а мощность передатчика то отношение сигнал/шум на выходе приемника достигает 10 дб. Интенсивность сигналов, получаемых при отражении от планет, оказывается настолько малой, что их наблюдение, вероятно, будет возможно лишь при использовании очень большого времени накопления. Сигналы, полученные при отражении от Венеры, были выделены следующим образом: выходное напряжение приемника подавалось на вход цифровой вычислительной машины, где накопление его осуществлялось в течение нескольких недель.

Таблица 26.4 Интенсивность сигналов, отраженных от Солнца и планет

В течение последних лет мы были свидетелями запуска большого количества космических тел. Эти тела, имеющие форму сферы диаметром от 1 до могут быть оборудованы передатчиками, переизлучателями и отражающими антеннами. В случае удаления этих тел из околоземного пространства предоставляется возможность обеспечить слежение за ними на значительные расстояния путем использования чувствительных приемников или вторичных радиолокационных станций.

Чаще всего эти тела выводятся на орбиту вокруг Земли и переходят в режим искусственных спутников последней. Период обращения по орбите зависит от высоты полета над поверхностью Земли и находится в пределах 100 мин для диапазона высот от 100 до В зависимости от положения орбиты спутник бывает виден с различных точек Земли. В особом же случае -час орбиты спутник кажется

неподвижным по отношению к Земле. За искусственными спутниками можно наблюдать [283] с помощью обычной радио- и радиолокационной аппаратуры. Дальность и пеленг спутника [53, 191, 281] можно определять с помощью интерферометрических методов, а точное измерение [7, 28] допплеровского сдвига частот позволяет найти величину скорости. В ходе таких измерений можно получить данные о состоянии ионосферы путем исследования эффекта вращения Фарадея [35]. Излучение внешнего пространства можно исследовать [127, 304, 316, 356] с помощью телескопов, установленных на борту спутников.

ЛИТЕРАТУРА

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)

(см. скан)