Введение в современную теорию поляризации радиолокационных сигналов. Том 1. Поляризация плоских электромагнитных волн и её преобразования

2.В.А.Сарычев. Сложные сигналы произвольной поляризационной и временной структуры и их использование в электросвязи. «Электросвязь», №7, 2003.

3.Поляризация сигналов в сложных транспортных радиоэлектронных комплексах. Сборник статей под ред. А.И.Козлова и В.А.Сарычева, Изд. «Хронограф», С-т Петербург, 1994, 460 стр.

4.Д.Б.Канарейкин, Н.Ф.Павлов, В.А.Потехин. Поляризация радиолокационных сигналов. «Сов. Радио», М., 1966, 440 стр.

5.Д.Б.Канарейкин, В.А.Потехин, И.Ф.Шишкин. Морская поляриметрия. «Судостроение», Л., 1968, 328 стр.

6.С.И.Поздняк, В.А.Мелитицкий, Введение в статистическую теорию поляризации радиоволн. «Сов. Радио», М., 1974,480 стр.

7.В.А.Потехин, В.Н.Татаринов. Вопросы классической теории когерентности случайного электромагнитного поля. Изд. Томского госуниверситета, Томск, 1974, 240 стр.

8.В.А.Потехин, В.Н.Татаринов. Теория когерентности электромагнитного поля. «Связь». М., 1978, 208 стр.

9.В.В.Богородский, Д.Б.Канарейкин, А.И.Козлов. Поляризация рассеянного и собственного радиоизлучения земных покровов. «Гидрометеоиздат»,

Л., 1981, 280 стр.

10.А.П.Родимов, В.В.Поповский. Статистическая теория поляризационно-

временной обработки сигналов и помех в линиях связи. «Радио и связь», М., 1984, 260 стр.

11. J.R.Huynen. Phenomenological theory of radar targets. Drukkerij Bronder – offset n.v., Rotterdam, 1970, 219 pp.

12.А.И.Козлов, А.И.Логвин, В.А.Сарычев. Поляризационная структура радиолокационных сигналов. Научная серия «Поляризация радиоволн», том 1. «Радиотехника», М., 2005, 704 стр.

13.М.Борн, Е.Вольф. Основы оптики. Пер. с англ. под ред. Г.П.Мотулевич.

«Наука», М., 1970, 855 стр.

372

14.Р.Аззам, Н.Башара. Эллипсометрия и поляризованный свет. Пер. с англ. под ред. А.В.Ржанова и К.К.Свиташева. «Мир», М., 1981, 583 стр.

15.Э.О’Нейл. Введение в статистическую оптику. Пер. с англ. под ред. П.Ф.Паршина. «Мир», М., 1966, 254 стр.

16.У.Шерклифф. Поляризованный свет. Пер. с англ. под ред. Н.Д.Жевандрова. «Мир», М., 1965, 264 стр.

17.Д. Гудмен. Статистическая оптика. Пер. с англ. под ред. Г.В.Скроцкого. «Мир», М., 1988, 528 стр.

18.М.Шабат. Введение в комплексный анализ. «Наука», М., 1968, 560 стр.

19.Д.Родс. Введение в моноимпульсную радиолокацию. Пер. с англ. под ред. Л.Д.Бахраха. «Сов. Радио», М., 1966, 155 стр.

20.N.Wiener. Journ. Math. Phys., 1928, v.7, p. 109.

21.N.Wiener. Journ. Franclin Inst., 1929, v.207, p. 525.

22.N.Wiener. Harmonical analysis. Acta Math., 1930, v.55, p. 117.

23.E.Wolf. Nuovo Cimento, 1954, v.12, p. 884.

24.E.Wolf. Nuovo Cimento, 1959, v.13, p. 1165.

25.E.Wolf, L.Mandel. The coherent properties of optical fields. Rev. Mod. Phys. 1965, v.37(2), p. 237.

26.E.Wolf. Proc. Roy. Soc. (London), 1955, v.230, p. 246.

27.J.Parrent, M.Beran. A mutual coherence of a radiation. Nuovo Cimento, 1963, v.27, p. 1049.

28.J.Parrent. The propagation of a mutual coherence. Nuovo Cimento, 1959, v. 23, p.787.

29.U.Fano. Phys. Rev. 1954, v. 93, 121.

30.A.Marathay. The operator formalism in the partial coherence theory. Journ. Opt. Soc. Amer. 1965, v. 55, p.969.

31.A.Marathay. An extension of the commutative problems in the partial coherence theory. Journ. Opt. Soc. Amer. 1966, v. 56, № 5.

373

32.R.Jones. A new method for optical systems calculation, parts I, II, III. Journ. Opt. Soc. Amer. 1941, v. 31, p.488; Journ. Opt. Soc. Amer. 1941, v. 31, p.493; Journ. Opt. Soc. Amer. 1941, v. 31, p.500.

33.Е Титчмарш. Введение в теорию интегралов Фурье. Пер. с англ. под ред.

Д.А.Райкова. «Гостехиздат», М.-Л., 1948, 479 стр.

34.Б.Р.Левин. Теоретические основы статистической радиотехники, т.1. «Сов. Радио», М., 1966, 728 стр.

35.Ф.Р.Гантмахер. Теория матриц. «Гостехиздат», М., 1954, 492 стр.

36.Г Крамер. Математические методы статистики. Пер. с англ. под ред.

А.Н.Колмогорова. «Иностр. Литература», М.-Л., 1948, 632 стр.

37. Г.Арфкен. Математические методы в физике. Пер. с англ. под ред.

В.В.Чепкунова. «Атомиздат», М., 1970, 712 стр.

38.М.М.Горшков. Эллипсометрия. «Сов. Радио», М., 1974, 200 стр.

39.Н.А.Есепкина, Д.В.Корольков, Ю.Н.Парийский. Радиотелескопы и радиометры. «Наука», М., 1973, 416 стр.

40.G.Sinclair. The transmission and reception of elliptically polarized waves. Proc. IRE, 1950, v.38, p.148-151.

41.V.H.Ramsey. Transmission between elliptically polarized antennas. Proc. IRE, 1951, v.39(5), p.535-540.

42.E.M. Kennaugh. Effects of the type of polarization on echo characteristics. Ohio State University, Antenna Laboratory, Columbus, OH, Reports 389-4; 35 p., and 389-9; 39 p.

43.G.A. Deschamps. Geometrical representation of the polarization of a plane electromagnetic wave. Proc. IRE, 1951, v.39, p. 540-544.

44.E.M. Kennaugh. Polarization properties of radar reflections. M.Sc.Thesis, Dept. of Electrical Engineering, the Ohio State University, Columbus, 1952.

45.J.R.Copeland. Radar targets classification by polarization properties. Proc. IRE, 1960, v.48(7), p. 1290-1296.

374

46.J.R.Huynen. Radar targets sorting based upon polarization signature analysis. Sci.Rep. № 4/LMSD 288216, Lockhed Missiels and Space Division, Sunnyvale, CA (AF 19/604)5550: declassified 1970.

47.W.M.Boerner, M.B.El-Arimi, C-Y Chan, P.M.Mastoris. Polarization dependence in electromagnetic inverse problems. IEEE Trans. Antennas and propagation, 1981, v. AP-29(2), p. 262-271.

48.W.M.Boerner (editor). Inverse methods in electromagnetic imaging. Proc. of NATO advanced research workshop on inverse method. NATO ACI Series C. Math. and Phys. Sci. D.Reidel Publ. Co. Dordrecht, the Netherlands, 1985.

49.W.M.Boerner (editor). Inverse methods in electromagnetic imaging. Proc. of NATO advanced research workshop on inverse method. NATO ACI Series C. Math. and Phys. Sci. D.Reidel Publ. Co. Dordrecht, Boston, 1992.

50.J.Saillard, E.Pottier, W.M.Boerner. Proc. Radar polarimetry, JIPR-1, University of Nantes, France, March 1990.

51.J.Saillard, E.Pottier, W.M.Boerner. Proc. Radar polarimetry, JIPR-2, University of Nantes, France, March 1992.

52.J.Saillard, E.Pottier, S.R.Cloude. Proc. Radar polarimetry, JIPR-3, University of Nantes, France, March 1995.

53.S.R.Cloude, E.Pottier. A review of target decomposition theorems in radar

polarimetry. IEEE Trans. on geoscience’s and remote sensing, v.34, № 2,

1996, p.498-518.

54.E.Krogager. Aspects of polarimetric radar imaging. Doctoral (Dr. Sci. Techn) Thesis. Technical University of Denmark, Electromagnetic Institute. Lyngly, DK, 1993, 258 p.

55.E.Luneburg. Radar polarimetry: A revisitation of basis concepts in direct and inverse electromagnetic scattering. Pitman Research notes in matematics. Series № 361, p. 257-273, Addison – Wesley Longman Co. 1996.

56.Z.H.Czyz. Polarization properties of non-symmetrical scattering matrix – a geometrical interpretation. IEEE Trans. AES, 1991, v. 27(5), p. 771-783.

57.Proceedings of the IEEE, v. 53, № 8, 1965.

375

58.П.Я.Уфимцев. Метод краевых волн в физической теории дифракции. «Сов. Радио», М., 1962, 243 стр.

59.Proceedings of the IEEE, v. 77, № 5, 1985.

60.IEEE Trans. on Antennas and Propagation, № 5, 1989.

61.Р.В.Островитянов, Ф.А.Басалов. Статистическая теории радиолокации протяженных целей. «Радио и связь», М., 1982, 232 стр.

62.Е.А.Штагер. Рассеяние радиоволн на телах сложной формы. «Радио и связь», М., 1986, 184 стр.

63.R.E.Kell. On the derivation of bistatic RCS from monostatic measurements. Proc. of the IEEE, v. 53, № 5, 1965, p. 983-988.

64.J.A.Stratton, L.J.Chu. Diffraction theory of electromagnetic waves. Phys. Rev.

v.56, 1939, p. 308-316.

65.Д.Р.Менцер. Дифракция и рассеяние радиоволн. Пер. с англ. под ред. Л.А.Вайнштейна. «Сов. Радио», М., 1958, 148 стр.

66.W.M.Boerner, H.Mott, E. Luneburg and other. Polarimetry in remote sensing

– the basis and applied concepts. Chapter 5, 3-rd Edition, ASPRS Publishing,

Bethesda, MD,1997, 94 p.

67.В.О.Кобак. Радиолокационные отражатели. «Сов. Радио», М., 1975, 248 стр.

68.D.Grawes. Radar polarization matrix of power scattering. Proc. IRE, v. 44, №

2, 1956, p. 248-252.

69.V.Tatarinov. 15 Years of Development of Siberian Scientific Polarization School. Proc. of the 3-rd International Workshop on Radar Polarimetry, Nantes, France, March 21 – 23, 1995, pp. 348 – 353.

70.V.Tatarinov. Polarization Invariants of the Scattering Matrix and Stability of their Statistical Characteristics in the Aperture Synthesis Problem. Proc. of the European Conference synthetic Aperture Radar, March 26 – 28, 1996,

Königswinter, Germany, pp. 113 – 115.

71.В.А.Хлусов. Кандидатская диссертация, Томск, 1989.

376

72.В.Н.Татаринов, В.А.Потехин, Е.В.Масалов. Представление матрицы рассеяния. Известия ВУЗов СССР, «Физика», № 17, 10 стр. Деп. ВИНИТИ 12.01.83, № 207.

73.В.Н.Татаринов, В.А.Потехин, Е.В.Масалов. Поляризационный контраст искусственных навигационных знаков при использовании

псевдонеполяризованного излучения РЛС. Труды IV Всесоюзной научно-

технической конференции водного транспорта. М., 1984, с. 194198.

74. В.Н.Татаринов, В.А.Хлусов. Полная модель обратного рассеяния взаимных сред. Доклады всесоюзной конференции «Методы и средства дистанционного зондирования атмосферы в интересах авиации», Киев,

1991.

75.В.Н.Татаринов, В.А.Хлусов. Измерение инвариантных поляризационных параметров рассеяния взаимных сред. Доклады всесоюзной конференции «Методы и средства дистанционного зондирования атмосферы в интересах авиации», Киев, 1991.

76.V.Tatarinov, S.Tatarinov, L.Ligthart. Polarization properties of complex radar objects. Proc. of the 4-th international workshop on radar polarimetry, Nantes, France, 1998, p. 419-428.

77.V.Tatarinov, S.Tatarinov. An investigation of speckle-effect in radar image of polarization invariants of complex radar targets. Abstrasts of the international workshop on radar polarimetry. Tomsk, Russia, 1997, p. 32.

78.V.Tatarinov, S.Tatarinov, L.Ligthart. Averaged polarization-frequency properties of complex radar targets. Proc. of the 4-th international workshop on radar polarimetry, Nantes, France, 1998, p. 412-418.

79.А.М.Монин, А.М.Яглом. Статистическая гидромеханика, т.2. «Наука», М. 1967, 580 стр.

80.C.В.Татаринов. Комплексная плоскость радиолокационных объектов. Труды Всероссийской конференции «Научная сессия ТУСУР - 2005», Томск, 2005.

377

81.C.В.Татаринов. Представление радиолокационных объектов на поляризационной сфере. Труды Всероссийской конференции «Научная сессия ТУСУР - 2005», Томск, 2005.

82.С.В.Татаринов, К.В.Марков. Понятие близости состояний поляризации и его связь с измеряемыми в эксперименте величинами. Труды

Всероссийской конференции «Научная сессия ТУСУР - 2005», Томск,

2005.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.1Понятие поляризации электромагнитных волн. Основные типы и

состояния поляризации……………………………………………… 15

1.2Эллипс поляризации и параметры Стокса полностью поляризованной волны………………………………………………. 23

1.3Представление полностью поляризованной волны вектором Джонса………………………………………………………………… 31

1.4Понятие поляризационного базиса. Линейный, круговой и эллиптический базисы……………………………………………….. 41

1.4.1Линейный поляризационный базис и декартово поляризационное отношение………………………………... 42

1.4.2Круговой поляризационный базис………………………….. 44

1.4.3 Эллиптический поляризационный базис…………………… 51

1.5Поляризационное отношение в линейном базисе и представление состояний поляризации на декартовой комплексной плоскости….. 59

1.6Круговое поляризационное отношение и представление состояний поляризации на круговой комплексной плоскости…………………. 71

378

1.7Стереографическая проекция и сферическое представление состояний поляризации……………………………………………….. 75

1.8Представление поляризации электромагнитных волн на обобщенной комплексной плоскости. Связь между обобщенной комплексной плоскостью и поляризационной сферой……………... 83

1.9Разложение произвольного состояния поляризации в ортогональном базисе и понятие близости состояний поляризации при представлении на комплексной плоскости……………………... 87

1.10Сферическая метрика в поляризационном пространстве и близость состояний поляризации…………………………………………………. 92

1.11Групповые свойства поляризационного отношения………………... 100

2.1Комплексный аналитический сигнал………………………………... 106

2.2Физическое обоснование к введению понятия матрицы когерентности и степени поляризации частично поляризованной волны…………………………………………………………………... 112

2.3Спектральная форма матрицы когерентности………………………. 119

2.4.Общая форма (2х2) матрицы когерентности и её использование

для разложения закона интерференции……………………………… 124

2.5Разложение матрицы когерентности с использованием системы матриц Паули………………………………………………………….. 133

2.6Трансформация матрицы когерентности и представления параметров Стокса при изменении поляризационного базиса…….. 139

2.7Особые базисы матрицы когерентности…………………………….. 146

2.7.1 Первый особый базис………………………………………… 147

2.7.2 Второй особый базис…………………………………………. 149

2.8Степень поляризации суммы некоррелированных потоков излучения………………………………………………………………. 152

2.9Параметрическое описание суммы коррелированных потоков излучения с использованием матриц Дирака……………………….. 158

2.10 Степень поляризации суммы коррелированных потоков излучения 162

2.11Произвольно ориентированная плоская частично поляризованная волна и (3х3) матрица когерентности. Общая форма (3х3) матрицы когерентности. Степень поляризации произвольно ориентированной волны…………………………………………….... 165

3.3Представление преобразования вектора Джонса фазосдвигающим устройством……………………………………………………………. 180

3.4Трансформация матрицы Джонса при изменении системы базисных векторов…………………………………………………….. 190

3.5Идеальный поляризатор как предельный случай дихроичного прибора………………………………………………………………… 195

3.6Представление преобразований поляризации на комплексной плоскости………………………………………………………………. 203

3.7Представление преобразований поляризационной структуры на

216

379

поляризационной сфере……………………………………………….

3.8Фазосдвигающее устройство, реализующее операцию изменения эллиптичности………………………………………………………… 220

3.9Изменение азимута эллипса поляризации…………………………... 228

3.9.1Фазосдвигающее устройство с круговыми собственными поляризациями………………………………………………... 228

3.9.2Полуволновое устройство с линейными собственными поляризациями………………………………………………... 232

3.10Четвертьволновое устройство. Комбинация полуволнового и

3.12Преобразование матрицы когерентности и вектора Стокса простыми приборами. Матрица Мюллера…………………………... 249

3.13Соответствие матриц Дирака матрицам Мюллера простых приборов……………………………………………………………….. 253

3.14Преобразование вектора Стокса плоской волны антенной с ограниченной апертурой……………………………………………… 254

3.15Понятие Стоксова пространства в задаче преобразования поляризации плоских волн простыми приборами………………….. 258

ГЛАВА 4. МАТРИЦА РАССЕЯНИЯ И ПОЛЯРИЗАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА СТАБИЛЬНЫХ ТОЧЕЧНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ……………. 262

4.1Матрица рассеяния точечного стабильного радиолокационного объекта…………………………………………………………………. 263

4.1.1Понятие простого «точечного» радиолокационного объекта в задачах радиолокации………………………………………… 263

4.1.2Теорема взаимности. Связь понятий матрицы рассеяния и эффективной поверхности рассеяния……………………….. 268

4.1.3Преобразование элементов однопозиционной матрицы рассеяния при изменении поляризационного базиса………. 270

4.2 Матрицы рассеяния простейших радиолокационных объектов…… 273

4.2.1Двухвибраторная модель радиолокационного объекта……. 274

4.2.2Трехгранный уголковый отражатель……………………….. 278

4.2.3 Двугранный уголковый отражатель………………………… 282

4.3Собственные поляризации радиолокационного объекта………….. 287

4.4Матрица рассеяния мощности. Степень поляризационной

анизотропии радиолокационного объекта по мощности…………… 289

4.5Поляризации нулевого сигнала радиолокационного объекта……... 294

4.6Геометрическое представление поляризационных свойств радиолокационных объектов…………………………………………. 298

4.6.1Поляризационное отношение для собственных поляризаций и поляризаций нулевого сигнала радиолокационного объекта…………………………………. 298

4.6.2Геометрическое представление собственных поляризаций

иполяризаций нулевого сигнала ……………………………. 302

4.7Представление поляризационной зависимости энергетических величин на сфере Пуанкаре…………………………………………... 307

4.8Поляризационная и амплитудная передаточные функции радиолокационного объекта………………………………………….. 311

ГЛАВА 5. ИНВАРИАНТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОДНОТОЧЕЧНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНВАРИАНТНЫХ

380