Проектирование мобильных систем связи с учетом модельных характеристик электромагнитного рассеяния на почвенном покрове

Способ взаимодействия почв с электромагнитными полями определяет их отражательные свойства. С такими характеристиками могут быть связаны интенсивности протекающих реакций, тепловые режимы, спектральные характеристики внутри почв. На основе отражательных свойств можно проводить анализ в рамках картографирования и мониторинга почвенных покровов. Эффективность исследований зависит в значительной мере от того, как учитываются разные процессы, которые будут оказывать влияние на взаимодействие радиоволн с почвами. Это требует осуществления разработок соответствующих моделей. В работе рассматривается задача падения электромагнитной волны на слой почвы, под которым находится слой глины. Показано, как происходит процесс отражения и преломления электромагнитных волн. Рассмотрен случай Е- и Н-поляризации. Сформулирована краевая задача для процесса распространения электромагнитной волны с учетом соответствующих граничных условий. В ходе ее решения численным образом были реализованы расчеты коэффициентов преломления электромагнитной волны для двух поляризаций в зависимости от угла ее первоначального распространения при заданных значениях диэлектрической проницаемости почвы и глины. Рассматривался случай, когда влажность почвы менялась по высоте от минимального до максимального значения. Полученные модельные оценки для модуля и фазы коэффициента отражения влажного слоя почвы дают возможности для того, чтобы принимать проектные решения, связанные с расчетом суммарного сигнала в мобильной системе связи, и определять смещения почвенного покрова.

1. Абарыков В.Н., Батороев А.С. Эффективные коэффициенты отражения от земной поверхности при малых углах скольжения. В сборнике: Российская конференция «Зондирование земных покровов радарами с синтезированной апертурой», 06–10 сентября 2010 года, Улан-Удэ, Республика Бурятия. Москва: РАН; 2010. С. 451–456.

2. Пафиков Е.А., Минаков Е.И., Тычков А.Ю., Желонкин Д.В. Методика математического моделирования влияния подстилающей поверхности на сигнал, отраженный от цели. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023;(12):410–414.

3. Рябец А.Я., Майтакова Л.А. Моделирование отражающих свойств земной поверхности для решения задач радиосвязи. Радиотехника. 2008;(3):28–30.

4. Пафиков Е.А., Смыляев Д.В., Тычков А.Ю. Методика пространственно-временного моделирования положения блестящих точек объекта с учетом динамики его движения. Известия Тульского государственного университета. Технические науки. 2023;(12):265–267.

5. Аветисян Т.В., Львович Я.Е., Преображенский А.П., Преображенский Ю.П. Исследование коэффициента преломления морской воды при реализации подводной радиосвязи. Моделирование, оптимизация и информационные технологии. 2023;11(3). https://doi.org/10.26102/2310-6018/2023.42.3.025

6. Афанасьев В.П., Гурвиц В.Л., Королькова Т.В. Навигационная задача для слабонаправленной системы определения местоположения летательного аппарата по полю радиолокационного контраста подстилающей поверхности. DSPA: Вопросы применения цифровой обработки сигналов. 2018;8(1):208–211.

7. Тарасов С.П., Куценко А.Н., Белоус Ю.В. Коэффициент отражения, как информативный параметр для экологических исследований. Известия ТРТУ. 2002;(6):87–91.

8. Савин И.Ю., Шишкин М.А., Шарычев Д.В. Особенности спектральной отражательной способности фракций образцов почв размером от 20 до 5 000 мкм. Бюллетень Почвенного института им. В. В. Докучаева. 2022;(112):24–47. https://doi.org/10.19047/0136-1694-2022-112-24-47

9. Родионова Н.В., Кудряшова С.Я., Чумбаев А.С. Оценка некоторых параметров верхнего слоя почвы по радарным и оптическим данным спутников Sentinel 1/2 на примере Новосибирской области. Исследование Земли из космоса. 2022;(1):68–79. https://doi.org/10.31857/S0205961422010067

10. Бобров П.П., Беляева Т.А., Крошка Е.С., Родионова О.В. Определение влажности образцов почв диэлектрическим методом. Почвоведение. 2019;(7):859–871. https://doi.org/10.1134/S0032180X19050034

11. Дагуров П.Н., Чимитдоржиев Т.Н., Дмитриев А.В. и др. Радиолокационная дифференциальная интерферометрия L-диапазона для определения параметров снежного покрова. Журнал радиоэлектроники. 2017;(5). http://jre.cplire.ru/jre/may17/1/text.pdf

12. Бахвалов Н.С., Жидков Н.П., Кобельков Г.М. Численные методы. Москва: Лаборатория знаний; 2023. 636 с.