Шарков Е.А. «Радиотепловое дистанционное зондирование Земли. Физические основы. Т. 1» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 1-6 (2014)

Журнал выпущен в виде книги. Книга представляет собой первое в отечественной научной литературе детальное рассмотрение физических основ радиотеплового дистанционного зондирования Земли. Том 1 посвящён рассмотрению вопросов роли микроволновых методов и средств в общей системе многоволнового дистанционного зондирования, описанию случайных сигналов и полей, методологии построения высокочувствительных микроволновых приёмников шумовых сигналов, а также основных характеристик полей собственного излучения и антенных систем. Представлены фундаментальные основы тепловых флуктуаций электромагнитного поля, включая законы чёрнотельного излучения и радиоизлучения серых тел, а также основные релаксационные модели диэлектрических свойств и излучательные характеристики водных сред и земных покровов. Рассмотрены феноменологические основы теории переноса излучения (макромодель) для полидисперсных систем различных классов в атмосфере Земли и в приводном слое над морской поверхностью, а также основы квантово-механической модели теории переноса для селективных излучений газовых компонент земной атмосферы.

«Предисловие [Радиотепловое дистанционное зондирование Земли. Физические основы. Т. 1]» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 7-14 (2014)

Включение в 1960–1970-е гг. методов и средств микроволновой диагностики в аэрокосмические наблюдения явилось несомненно знаменательной вехой в развитии всего дистанционного зондирования Земли. Изучение и понимание микроволновых образов системы земная поверхность–атмосфера обеспечили принципиально иную (чем при использовании только оптического и инфракрасного диапазонов) физическую информативность микроволнового зондирования при изучении земных объектов. Именно это обстоятельство кардинально изменило как облик потенциальных спутниковых систем, предназначенных для зондирования Земли, так и характер, и информативную насыщенность всего дистанционного зондирования.

«Глава 1. Научные и прикладные аспекты дистанционного зондирования» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 15-49 (2014)

В главе рассмотрены научные и прикладные аспекты дистанционного зондирования Земли, роль и место радиофизических методов, основные положения электромагнитной теории, физические особенности теплового излучения, возможности пассивных и активных методов микроволновой диагностики.

«Глава 2. Случайные сигналы и поля» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 50-95 (2014)

Цель – предоставить читателю краткий обзор современных методов анализа случайных сигналов и полей применительно, в первую очередь, к изучению физических основ формирования собственного излучения, рассмотрению способов и методов приёма флуктуационного сигнала, а также к анализу и интерпретации данных дистанционного микроволнового зондирования. Глава носит в известном смысле справочный характер и не требует от читателя специальных знаний, за исключением знакомства с основными положениями классического спектрального анализа детерминированных сигналов. Однако приведённые в ней сведения будут крайне необходимы для дальнейшего усвоения материала.

«Глава 3. Микроволновые радиометры: функции, схемы построения, характеристики» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 96-145 (2014)

В главе рассмотрены основные методы и схемы измерения естественного электромагнитного флуктуационного излучения. Далее с использованием метода эквивалентных схем вводятся важнейшие понятия яркостных и шумовых температур, которые широко используются в теории и практике пассивного микроволнового дистанционного наблюдения. Детально рассмотрены функции и характеристики элементов пассивного дистанционного устройства, а также обсуждены основные схемы построения микроволновых радиометров и методология измерения их основных частотных и энергетических характеристик – флуктуационный порог чувствительности, формы амплитудно-частотных характеристик, радиометрические и энергетические полосы пропускания приёмных систем. Рассмотрен также вопрос о предельной чувствительности микроволнового радиометра

«Глава 4. Тепловые флуктуации и их фундаментальные закономерности» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 146-163 (2014)

Предметом изучения является фундаментальный закон природы, связывающий квантовое флуктуационное излучение объекта любой физической природы с его диссипативными свойствами в макромасштабах и получивший наименование – флуктуационно-диссипационная теорема (ФДТ). Основное внимание уделяется физической стороне проблемы. Анализируются важные для дистанционных и аппаратурных применений квазистационарная аппроксимация ФДТ, получившая наименование формулы Найквиста, и геометрооптическое приближение – закон Кирхгофа. Кроме того, рассматриваются методические вопросы применения результатов ФДТ в условиях реального дистанционного зондирования.

«Глава 5. Поля излучения и антенные системы» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 164-226 (2014)

Рассмотрены основных характеристик поля излучения природных объектов и физических особенностей при приёме излучения микроволновыми антенными комплексами. С использованием метода эквивалентных схем вводятся важнейшие понятия яркостной и антенной температур, которые широко используются в теории и практике пассивного микроволнового дистанционного зондирования и в радиоастрономии. Приводятся основные сведения о радиоастрономических приборах и антенных комплексах. На основе пространственно-спектральных представлений вводится уравнение антенного сглаживания и анализируются процедуры реконструкции (восстановления) радиотепловых изображений. На основе практики пассивного микроволнового дистанционного зондирования вводятся и анализируются основные методы измерения параметров и калибровок бортовых антенных систем.

«Глава 6. Законы чёрнотельного излучения» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 227-246 (2014)

Принципиальная в теории и практике теплового излучения модель абсолютно чёрного тела и фундаментальные законы излучения такой системы являются предметами рассмотрения главы. Рассматриваются природные и искусственные физические объекты, близкие по своим характеристикам к чёрным телам. Детально анализируются количественные законы чёрнотельного излучения и их следствия. Здесь же вводятся понятия излучательной и поглощательной способности физических тел нечёрнотельного характера. На этой основе анализируются закон Кирхгофа, различные его формы и следствия.

«Глава 7. Радиоизлучение серых тел» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 247-305 (2014)

Рассмотрены основные характеристики поля излучения одной из важнейших и широко используемых физических моделей природных объектов, а именно, серого полупространства с гладкой границей. Вводятся определения отражательных и поляризационных свойств таких сред. Анализируются физические особенности при приёме поляризованного излучения микроволновыми комплексами. С использованием импедансной формы граничных условий уравнений Максвелла формулируется физическая модель для расчёта плоскослоистых сред, которая широко используется в теории и практике пассивного микроволнового дистанционного зондирования. На основе метода плоскослоистых сред детально анализируется электродинамическая задача радиоизлучения неоднородных неизотермических сред. Рассматриваются результаты и ограничения квазимонохроматического подхода к расчёту излучательных характеристик слоистых сред, и, в частности, свойства квазикогерентности шумового сигнала с ограниченным спектром применительно к задаче излучения двухслойной среды.

«Глава 8. Диэлектрические и излучательные свойства земных покровов» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 306-389 (2014)

Рассмотрены основных характеристик поля излучения (интенсивность и спектральные зависимости) физических веществ, имеющих наибольшее распространение на поверхности и в атмосфере Земли. Рассмотрены частотные свойства диэлектрических характеристик диэлектриков с точки зрения феноменологического подхода к изучению релаксационных механизмов (модель Дебая и модели с множественностью времён релаксации). Представлены основные положения теории и практики диэлектрической спектроскопии. Основное внимание в главе уделено изучению диэлектрических и излучательных свойств солёной (морской) и пресной воды и связи этих свойств с физико-химической структурой этих веществ посредством выявления частотной дисперсии электромагнитных свойств диэлектриков. Рассмотрены диэлектрические и излучательные свойства природных объектов, содержащих пресную воду и водные электролитные растворы в различных фазовых состояниях – пресноводный лёд, морской лёд, глетчерный лёд, влажная плодородная почва, солончаки. В главе приведён богатый набор экспериментальных наблюдательных данных по излучательным характеристикам и диэлектрическим свойствам веществ, распространённых как на Земле, так на планетах земной группы.

«Глава 9. Основы теории переноса излучения» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 390-430 (2014)

Представлены феноменологическая основа, а также основные энергетические соображения, лежащие в основе теории переноса излучения. В главе дан анализ основных уравнений и фундаментальных положений, необходимых для изучения переноса излучения в поглощающих, излучающих и рассеивающих средах. Формальные и приближенные решения уравнения переноса излучения, приведённые в настоящей главе, широко используются в дальнейших главах при рассмотрении переноса излучения в дисперсных средах (гидрометеоры и аэрозоль в атмосфере). Основное внимание уделено анализу решений теории переноса, предназначенных для исследования процессов собственного излучения в микроволновом диапазоне.

«Глава 10. Электромагнитные свойства дисперсных сред» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 431-477 (2014)

Рассмотрении основных электромагнитных характеристик дисперсных сред, которые широко распространены в атмосфере Земли. Введены основные понятия для количественных характеристик поглощения и рассеяния как отдельных (изолированных) частиц, так и дисперсных сред в виде облака невзаимодействующих случайно распределённых рассеивателей. Представлены основные положения теории рассеяния Ми и широко используемые в дистанционной практике приближения (рассеяние Рэлея), резонансное рассеяние, приближение геометрической оптики. Введены основные характеристики, описывающие механические дисперсные свойства гетерогенных смесей. Рассмотрены поглощающие и рассеивающие свойства природных полидисперсных сред, содержащих водные капли и водные частицы в различных фазовых состояниях. В главе приведён богатый набор экспериментальных наблюдательных данных по характеристикам поглощения и рассеяния дисперсных сред, распространённых как в атмосфере Земли, так на планетах земной группы. Основное внимание уделено анализу электромагнитных характеристик, предназначенных для исследования процессов рассеяния и поглощения в дисперсных средах преимущественно в микроволновом диапазоне. Приведены основные результаты исследования высококонцентрированных дисперсных сред в микроволновом диапазоне.

«Глава 11. Селективные излучения» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 478-514 (2014)

Рассмотрены основные энергетические соображения, включая принцип детального равновесия, и основные механизмы селективных излучений, лежащие в основе квантовой модели теории переноса излучения. Дан анализ основных уравнений и фундаментальных положений, необходимых для изучения переноса излучения в газовых средах. Полное решение уравнения переноса излучения, приведённое в настоящей главе, широко используется при рассмотрении переноса излучения в земной атмосфере. Основное внимание уделено анализу решений теории переноса, предназначенных для исследования процессов собственного излучения в микроволновом диапазоне.

«Приложение A. Международная система единиц (СИ) [Радиотепловое дистанционное зондирование Земли. Физические основы. Т. 1]» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 515-520 (2014)

«Приложение Б. Основные теоремы и соотношения в фурье-спектральном анализе [Радиотепловое дистанционное зондирование Земли. Физические основы. Т. 1]» Механика, управление и информатика, 6, № 3, с. 521-522 (2014)