任何地面或水面对电磁波的反射都有两种情况,即镜面反射与漫反射。对光滑平面是镜面反射,对粗糙平面是漫反射。镜面反射服从几何光学的反射定理,即入射角等于反射角。对引信来讲,不考虑损耗时,接收的反射信号相当于以反射面为镜在镜像位置发射出来的信号。
图2-13 起伏表面的光程差
为了鉴别是否满足镜面反射的条件,设粗糙表面的突出部分的高度为h,如图2-13所示。由光学原理可知,反射表面的起伏程度小于一定范围时,即其突出部分的高度h小于某个限度,就可认为是镜面反射。根据瑞利条件,当射线ABC和A′B′C′的光程差小于λ0/8时,就可认为反射是镜面反射。由图可见,光程差等于2hsinθ,其中θ为入射余角(与入射角共余),则镜面的反射条件为
即满足镜面反射的条件为
这个公式就是反射面粗糙度的瑞利准则。由这个公式可以看出,对镜面反射所容许的粗糙度突出部分不仅取决于波长λ,还和入射余角θ有关。入射余角θ越小,容许的粗糙度的高度越大。从这个观点看来,镜面反射条件随θ的减小而降低,因此所容许的粗糙度突出部分就可以比较大。
对于大多数米波段无线电引信,一般地面和水面均可视为镜面反射。例如,当λ0=2 m,θ=30°时,h<0.25 m;当λ0=2 m,θ=10°时,h<0.72 m时,都可以认为是镜面反射。只有非常粗糙的地表面和大风大浪的水面,才不可以认为是镜面反射。
不同理论研究和实验研究指出,凡是不满足式(2-19)的粗糙地面和水面,其反射均可以认为是两个分量之和,即镜面反射分量和漫反射分量之和,或者分别称为相干分量和非相干分量。随着反射面粗糙程度的增加,漫反射分量越来越大。反射场的这两种分量是客观存在,但理论分析相当复杂,只能借助实验方法来观察。(www.daowen.com)
在垂直入射时,粗糙表面将总入射功率(P0)镜面反射出去部分为Pm,有
式中,σh为粗糙表面高度散布均方差。
当时,Pm只占P0的13.5%;当时,只占36.8%。因此,大多数微波引信对一般地面和水面,很难出现有意义的镜面反射。为简单计,此种情况都可以认为是完全漫反射。
如图2-14所示,在漫反射条件下,对任何入射角,反射能量的强度I为
图2-14 余弦定律反射图形
式中,φ是反射方向和反射面法向形成的夹角;I0是垂直方向的反射强度。
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