Радиотепловое дистанционное зондирование Земли, физические основы, в 2 т, Шарков Е.А., 2014

Радиотепловое дистанционное зондирование Земли, физические основы, в 2 т, Шарков Е.А., 2014.
Книга представляет собой первое в отечественной научной литературе летальное рассмотрение физических основ радиотеплового дистанционного зондирования Земли. Том 1 посвящен рассмотрению вопросов роли микроволновых методов и средств в обшей системе многоволнового дистанционного зондирования, описанию случайных сигналов и полей, методологии построения высокочувствительных микроволновых приемников шумовых сигналов, а также основных характеристик полей собственного излучения и антенных систем. Представлены фундаментальные основы тепловых флуктуации электромагнитного поля, включая законы чернотельного 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 квантовомеханической модели теории переноса для селективных излучений газовых компонент земной атмосферы.
§ 1.2. ВОЛНОВАЯ ПРИРОДА И СПЕКТР ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ИЗЛУЧЕНИЯ.
Излучение, распространение и взаимодействие электромагнитной энергии с физическими телами может быть рассмотрено и описано с двух тождественных точек зрения: классической электромагнитной волновой теории и квантовой механики. Согласно классической электромагнитной теории Максвелла энергия излучения распространяется в виде электромагнитных волн, а в соответствии с квантово-механическим подходом — в виде отдельных дискретных квантов. Оба этих подхода применяются в задачах дистанционного зондирования в равной мере. Так. результаты электромагнитной теории широко используются для расчёта радиационных свойств физических поверхностей (вода, суша), таких как степень черноты и отражательная способность сред, а также при проектировании и создании радиофизических приборов дистанционного зондирования. Результаты квантовой теории используются при определении энергии излучения, испускаемой физическими телами в данном частотной диапазоне и зависимости от его физической температуры, а также при исследовании радиационных свойств газов, которые можно объяснить и рассчитать только с позиций квантовой механики. При исследовании же природных систем (например, излучение гидрометеоров в земной газовой атмосфере) фундаментальные результаты были получены при использовании смешанных подходов. Важно отметить, что строгое квантовомеханическое рассмотрение взаимодействия излучения с веществом приводит в целом ряде важных применений к уравнениям и результатам, которые в значительной степени подобны классическому подходу. По этой причине при решении практических задач дистанционного зондирования исследователи придерживаются волновой теории, так как она имеет несомненные большие преимущества как в наблюдательной практике дистанционного зондирования, так при разработке и эксплуатации дистанционных приборов.

Оглавление
Предисловие
Глава 1. Научные и прикладные аспекты дистанционного зондирования.
§ 1.1. Что такое дистанционное зондирование?.
§ 1.2. Волновая природа и спектр электромагнитного излучения.
§ 1.3. Пассивное и активное зондирование.
§ 1.4. Тепловое излучение: роль и источники.
§ 1.5. Распознавание и понимание микроволновых сигнатур.
§ 1.6. Основные положения волновой электромагнитной теории.
Глава 2. Случайные сигналы и поля.
§ 2.1. Детерминированное и стохастическое описание природных процессов.
§ 2.2. Основные характеристики случайных процессов.
§ 2.3. Основы корреляционной теории случайных процессов.
2.4. Квазиэргодические процессы.
§ 2.5. Виды спектров.
§ 2.6. Линейные и нелинейные системы и среды.
§ 2.7. Нелинейные преобразования случайных процессов.
§ 2.8. Измерение интенсивности шумового сигнала.
Глава 3. Микроволновые радиометры: функции, схемы построения, характеристики.
§ 3.1. Основные типы пассивных микроволновых устройств.
§ 3.2. Основные элементы пассивного микроволнового радиометра и их функции.
§ 3.3. Язык эквивалентных схем: антенная, радио-яркостная и шумовая температуры.
§ 3.4. Компенсационная схема измерения шумового сигнала.
§ 3.5. Флуктуационный порог чувствительности радиометрических систем.
§ 3.6. Модуляционный метод измерения шумового сигнала.
§ 3.7. Экспериментальные методы измерения порога чувствительности.
§ 3.8. Измерения частотных характеристик радиометрических систем методами фурье-спектроскопии.
§ 3.9. Основные схемы усилительных устройств.
§ 3.10. Предельные чувствительности радиометрических систем.
Глава 4. Тепловые флуктуации и их фундаментальные закономерности.
§ 4.1. Тепловое излучение и тепловые флуктуации: исторический аспект.
§ 4.2. Флуктуационно-диссипационная теорема: качественный подход.
§ 4.3. Тепловые флуктуации в электродинамике.
§ 4.4. Локальное термодинамическое равновесие.
Глава 5. Поля излучения и антенные системы.
§ 5.1. Основные характеристики поля излучения.
§ 5.2. Микроволновые антенны и их характеристики.
§ 5.3. Связь антенной и яркостной температуры в поле излучения.
§ 5.4. Коэффициент рассеяния антенн.
§ 5.5. Антенная температура с потерями.
§ 5.6. Пространственно-временная динамика при пассивном дистанционном зондировании.
§ 5.7. Уравнение антенного сглаживания.
§ 5.8. Внешняя калибровка радиотепловых комплексов: метод контрастных полупространств.
§ 5.9. Антенные параметры радиотеплового самолётного комплекса.
§ 5.10. Антенные параметры радиотепловых космических комплексов.
Глава 6.Законы чёрнотельного излучения
§ 6.1. Модель абсолютно чёрного тела. Исторические аспекты
§ 6.2. Законы чёрнотельного излучения
§ 6.3.Закон Кирхгофа.
Глава 7. Радиоизлучение серых тел.
§ 7.1.Отражательная способность поверхности.
§ 7.2. Эффективное излучение отражающей поверхности.
§ 7.3.Отражение и преломление плоских волн на плоской границе раздела.
§ 7.4.Поляризационные особенности излучения серого полупространства с гладкой границей
§ 7.5. Особенности излучения двухслойной структуры в монохроматическом приближении.
§ 7.6. Свойства квазикогерентности в тепловом излучении и границы её применимости.
§ 7.7. Собственное излучение многослойных неизотермических структур.
Глава 8. Диэлектрические и излучательные свойства темных покровов.
§ 8.1. Частотная дисперсия электромагнитных свойств диэлектриков.
§ 8.2. Физические механизмы поляризации диэлектриков.
§ 8.3. Мололи релаксационной поляризации.
§ 8.4. Диэлектрические свойства пресной воды.
§ 8.5. Диэлектрические свойства солёной воды.
§ 8.6. Спектральные и температурные характеристики излучательных свойств водных бассейнов.
§ 8.7. Излучательные свойства ледовых покровов.
§ 8.8. Излучательные свойства земных покровов.
Глава 9. Основы теории переноса излучения.
§ 9.1. Феноменология теории переноса излучения.
§ 9.2. Преобразование энергии элементом объёма вещества.
§ 9.3. Уравнение переноса излучения.
§ 9.4. Частные случаи уравнения переноса излучения.
§ 9.5. Уравнение переноса излучения для плоскопараллельного случая.
§ 9.6. Граничные условия.
§ 9.7. Перенос излучения в излучающей и поглощающей среде.
§ 9.8. Особенности излучения полупространства с полупрозрачной атмосферой.
§ 9.9. Перенос излучения в излучающей, поглощающей и рассеивающей среде.
§ 9.10. Излучение неоднородного и неизотермического полупространства.
§ 9.11. Приближенные методы решения полного уравнения переноса.
Глава 10. Электромагнитные свойства дисперсных сред.
§ 10.1. Электромагнитные свойства изолированных частиц.
§ 10.2. Основные положения теории Ми.
§ 10.3. Особенности рэлеевского рассеяния.
§ 10.4. Особенности рассеяния водных частиц.
§ 10.5. Электромагнитные свойства полидисперсных сред.
§ 10.6. Особенности переноса излучении в концентрированных средах.
Глава 11. Селективные излучения.
§ 11.1. Механизмы селективных излучений.
§ 11.2. Принцип детального равновесия.
§ 11.3. Фотонная модель и уравнение переноса для квантовых систем.
§ 11.4. Механизмы уширения спектральных линий.
§ 11.5. Прохождение излучения через слой газа.
§ 11.6. Перенос микроволнового излучения в земной атмосфере.
Приложение А.
Международная система единиц (СИ).
Факторы преобразований.
Приложение Б.
Основные теоремы и соотношения в фурье-спектральном анализе
Литература.