Лабораторная методика экспериментального исследования закономерностей микроволнового теплового излучения сухого снежного покрова

Аннотация

Развивается известная методика лабораторного измерения полных коэффициентов отражения, пропускания и коэффициента пропускания когерентной интенсивности образцов сухого снежного покрова в комнатных условиях. Основное отличие от известной методики состоит в том, что разработаны алгоритмы измерений и вычисления перечисленных выше коэффициентов, позволяющие корректно учесть разность термодинамических температур снега и комнаты. Алгоритм измерений дополнен операцией фиксации уровня выходного сигнала радиометров, соответствующего интенсивности теплового излучения черного тела, термодинамическая температура которого равна термодинамической температуре исследуемого образца снега. Кроме этого черного тела при калибровочных операциях используются еще три черных тела, два из которых охлаждаются жидким азотом, а термодинамическая температура третьего равна термодинамической температуре комнаты. Методика реализуется с помощью стендовой установки с искусственной «холодной» тепловой подсветкой образцов снега. В качестве антенны радиометров используется тефлоновая линза диаметром 0.2м с фокусным расстоянием 0.4м. Образцы снега помещаются в металлические цилиндрические контейнеры с внешней боковой теплоизоляционной оболочкой. Уровень интенсивности подсветки определяется с помощью металлического эталона с широкой индикатрисой рассеяния. Показано, что предложенная методика основана на относительных измерениях, т.е. без традиционной необходимости измерения абсолютных значений радиояркостных температур эталонов и исследуемых образцов.

• микроволновое тепловое излучение
• сухой снежный покров
• методика измерений
• коэффициент отражения
• коэффициент пропускания
• когерентная интенсивность
• microwave thermal radiation
• dry snow cover
• measurement technique
• reflectivity
• transmissivity
• coherent intensity

Abstract (in English)

A well-known technique for measuring the total reflectivity, transmissivity, and coherent intensity transmittance of dry snow samples is developed for use under room conditions. The main distinction from the known technique is that new algorithms for measuring and calculating the coefficients listed above allow correctly to take into account the difference in the thermodynamic temperatures of the snow and the room. The measurement algorithm is complemented by the operation of fixing the level of the output signal of radiometers corresponding to the intensity of the thermal radiation of a black body whose thermodynamic temperature is equal to the thermodynamic temperature of the snow sample of being examined. In calibration operations, in addition to this black body, three more black bodies are used, two of which are cooled by liquid nitrogen, and the thermodynamic temperature of the third is equal to the thermodynamic temperature of the room. Black bodies are made of a mixture of wood shavings and soot. The density of this mixture increases from the front to the back. The method is implemented using a measuring system, the main component of which is a camera with artificial "cold" thermal illumination of snow samples. The intensity level of the illumination is determined by means of a metal reflector with a wide scattering indicatrix. The radiometer antenna is a Teflon lens 0.2 m in diameter with a focal length of 0.4 m. The snow samples are placed in metal cylindrical containers with an outer lateral thermal insulation shell. It is shown that the proposed method is based on relative measurements, i.e. without the traditional need to measure the absolute values of the radio brightness temperatures of calibration bodies and samples.

Для цитирования

Литература

1. Голунов В.А., Коротков В.А., Сухонин Е.В. Эффекты рассеяния при излучении миллиметровых волн атмосферой и снежным покровом. Итоги науки и техники, сер. Радиотехника. Т.41. М.: ВИНИТИ. 1990. С.68-136.
2. Wiesmann A., Mätzler C. Weise T. Radiometric and structural measurements of snow sample. Radio Sci. 1998. Vol. 33. No.2, pp. 273-279.
3. Голунов В.А. Способ измерения коэффициента излучения естественных покровов. А. с. № 1417593, приоритет 06.05.86 г.
4. Швецов А.А., Коротаев Д.В., Федосеев Л.И. Дистанционное зондирование земных покровов в линии излучения кислорода на длине волны 2,5 мм. Изв. ВУЗов - Радиофизика, 2005, т. 48, № 10-11, с. 905 -916.
5. Рытов С.М., Кравцов Ю.А. Татарский В.И. Введение в статистическую радиофизику. Ч. II - Случайные поля. М., Наука, 1978. 463 с.
6. Hallikainen M. T., Ulaby F. T., Deventer T. E. V. Extinction behavior of dry snow in the 18-to-90 GHz range. IEEE Trans. Geosci. Remote Sens., 1987. Vol. GE-25, No. 6, pp.737-745.
7. Golunov V. A., Barabanenkov Yu.N. Radiometric methods of measurement of the total reflectivity, the total transmissivity and the coherent transmissivity of a weakly absorbing random discrete medium layer in the millimeter wavelengths range // Proc. Progress in Electromagnetics Research Symp. Moscow, Russia, August 19-23. 2012. Р.1415-1418.
8. Борн М., Вольф Э. Основы оптики. М., Наука, 1970. 720с.
9. Ландсберг Е.С. Оптика. М., Наука, 1976. 928с.
10. Голунов В.А., Кузьмин А.В., Скулачев Д.П., Хохлов Г.И. Результаты экспериментального исследования частотной зависимости ослабления, рассеяния и поглощения миллиметровых волн в сухом снежном покрове //Радиотехника и электроника. 2017. Т.62. №9. С. 857-865.
11. Голунов В. А., Хохлов Г. И. Показатель степени частотной зависимости интенсивности обратного рассеяния микроволнового излучения в сухом снеге и искусственных снегоподобных средах // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2017. №9. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/sep17/6/text.pdf
12. Голунов В. А., Маречек С. В., Хохлов Г. И. Особенности рассеяния микроволнового излучения в сухом пушистом снеге // Журнал радиоэлектроники [электронный журнал]. 2018. №6. Режим доступа: http://jre.cplire.ru/jre/jun18/2/text.pdf DOI 10.30898/1684-1719.2018.6.2