ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Распространение звуковых воли в турбулентной атмосфере из "Статистическая гидромеханика Ч.2 Механика турбулентности " При распространении волн различной природы — звука, света, радиоволн — в турбулентной среде (например, в земной атмосфере и Б море) возникает ряд флюктуационных явлений, таких, как рассеяние волн на случайных (турбулентных) неоднородностях среды или пульсации амплитуды и фазы прошедших через среду волн, создающие мерцание и дрожание изображений источников излучения в приемных устройствах. Эти флюктуационные явления имеют большое значение в ряде важных практических задач. Так, мерцание звезд и внеземных естественных радиоисточников создает помехи для оптической астрономии и радиоастрономии подобные же помехи могут иметь место в случае оптической связи и радиосвязи с искусственными спутниками Земли и космическими ракетами. С аналогичными помехами встречается и гидроакустическая связь в море. Наоборот, рассеяние коротких радиоволн на нерегулярных неоднородностях тропосферы создает возможности для дальней телевизионной связи и потому может быть полезным. [c.546] Используем уравнения (26.6) прежде всего для описания рассеяния электромагнитных волн на оптических неоднородностях, сосредоточенных в объеме V. Явление рассеяния радиоволн в турбулентной атмосфере имеет большое практическое значение, так как оно создает принципиальные возможности использования ультракоротких волн для целей дальней радиосвязи. Действительно, наблюдаемые случаи распространения ультракоротких радиоволн в атмосфере на большие расстояния за пределы радиогоризонта объясняются, по-видимому, именно рассеянием волн на турбулентных неоднородностях коэффициента преломления в тропосфере. [c.549] Объяснение дальнего распространения ультракоротких радиоволн их рассеянием на турбулентных неоднородностях коэффициента преломления в тропосфере, по-видимому. впервые было предложено Букером и Гордоном (1950). Построенная ими теория получила дальнейшее развитие в целом ряде исследований (см., например. [c.549] Выберем начало координат внутри рассеивающего объема V и поставим задачу определить зависимость интенсивности рассеянного электромагнитного поля от направления = Д1 / Д1 в точках х, лежащих вне объема V на расстояниях д1 , больших по сравнению с линейными размерами L этого объема и с длиной волны Я. (точнее, в зоне, определяемой условием У к х 1 1 поле в малых участках этой зоны можно рассматривать как плоскую волну). Такая постановка задачи соответствует так называемой дифракции Фраунгофера. [c.550] Вектор [(в Хр)Хв . имеющий длину sina , где а — угол между векторами р к д, характеризует поляризацию рассеянной волны. Он компланарен векторам р к д к перпендикулярен д (волна, конечно, является поперечной). Плотность потока рассеянной энергии. [c.551] Напомним, что входящая в это выражение величина О, определяемая второй формулой (26.14), является случайной функцией волнового вектора к — кд, равного разности между волновыми векторами падающей и рассеянной волн, статистические свойства которой определяются случайным полем п (х). [c.552] Используем теперь уравнения (26.6) для описания флюктуаций амплитуд и фаз электромагнитных волн в турбулентной атмосфере. Вследствие этих флюктуаций электромагнитные волны, испускаемые теми или иными телами (в частности, звездами, космическими источниками радиоизлучения, искусственными спутниками Земли) или отражаемые предметами (например, при радиолокации), после прохождения через турбулентную атмосферу поступают в приемное устройство в искаженном виде эти искажения проявляются в форме пульсаций спектральной и интегральной интенсивности принимаемых сигналов, а также пульсаций угла прихода волн они создают, например, мерцание, хроматическое мерцание и дрожание изображений звезд в телескопах. [c.552] Формула (26.25) позволяет интерпретировать флюктуации эйконала ф в данной точке х как результат наложения на падающую волну рассеянных волн, приходящих в точку д от различных участков объема V. Для точек дс. лежащих вне объема V на больших (по сравнению с линейными размерами этого объема) расстояниях от V, интеграл (26.25) может быть упрощен вполне аналогично тому, как выше при условиях (26.13) был упрощен интеграл (26.12). Далее мы будем подробно рассматривать флюктуации амплитуды и фазы волны во внутренних точках д объема V. в которых такое упрощение незаконно. Однако, в таких точках интеграл (26.25) все же можно несколько упростить, воспользовавшись тем, что при условии (26.19) рассеянием волн на большие углы можно пренебречь, и при вычислении интеграла (26.25) достаточно учитывать вклад в ф (д ) лишь от волн, рассеянных на углы, не превосходящие 6 = Я/ турб 1-Иначе говоря, интегрирование в (26.25) можно распространять не на весь объем V, а лишь на его часть, лежащую внутри конуса К (д ) с вершиной в точке д . осью, направленной навстречу падающей волне, и углом раствора 0. [c.555] Условие (26.31) мы получили с помощью формулы (26.30), которая позволила нам оценить порядок величины масштаба размазывания а . Однако это условие можио вывести и из более наглядных соображений. Именно, при угле дифракции 0 Я//турб ширина дифракционного размазывания границ геометрических теней на расстоянии А от предметов, отбрасывающих эти тени, равняется /. // урб- Требуя, чтобы эта величина была много меньше размеров самих теней / урб, мы вновь получаем условие (26.31). [c.558] Пренебрежение размазыванием формально означает переход к пределу при а- 0 во внутреннем интеграле в (26.30). Однако при этом предельном переходе множитель в квадратных скобках в подынтегральной функции превращается в дельта-функцию 6 (у — У1)б(г — и ч]) оказывается чисто мнимым, т. е. мы теряем флюктуации амплитуды. Чтобы их учесть, надо сохранить следующий член разложения по степеням а. [c.558] Эти уравнения и являются уравнениями акустики движущейся неоднородной среды. Неизвестными величинами в них являются характеристики акустических колебаний и л, а коэффициенты с , Т, и, П, Т рассматриваются как заданные функции координат и времени с н Т — неслучайные, а и. П. Т — случайные функции с известными статистическими свойствами). [c.560] Вернуться к основной статье