Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Том 1 - Исимару А.
Скачать (прямая ссылка):
на шероховатой поверхности.
Все перечисленные проблемы отличаются статистическим описанием
волн и сред распространения. Эта характерная черта позволяет ввести
основные понятия, общие для всех указанных проблем. В данной книге
мы намерены дать единое и систематическое изложение основных
вопросов распространения и рассеяния волн в случайных средах. Это
непростая задача, но мы надеемся, что читатели смогут уловить общие
идеи, несмотря на
Предисловий
7
различие формулировок и обилие областей, охваченных в этой книге.
Следует подчеркнуть, что в связи с различием природы проблем для
получения полезных результатов приходится использовать разные
приближенные методы. Поэтому мы дадим систематическое описание
используемых приближенных методов, применимых для широкого класса
задач.
Дистанционное зондирование геофизических и метеорологических
параметров методами, основанными на распространении и рассеянии
волн, стало чрезвычайно важным и полезным средством изучения
структуры и динамики атмосферы. Получаемые таким образом сведения
используются для улучшения качества прогноза погоды, для разработки
методов искусственного воздействия на погоду, для исследования
загрязнений атмосферы и для повышения безопасности воздушного
сообщения. Обзор современного состояния исследований в этой области
служит введением для последующего изучения более общих методов
дистанционного зондирования.
Таким образом, предлагаемая книга предназначена для инженеров и
научных работников, интересующихся вопросами распространения и
рассеяния оптического, акустического и СВЧ излучения в атмосферах
планет, в океанах и в биологических средах, особенно для тех из них, кто
занимается проблемами связи в таких средах и вопросами
дистанционного зондирования свойств этих сред. Данную книгу можно
рассматривать как введение в круг основных понятий и результатов
статистической теории распространения волн. Включенное в книгу
систематическое описание теории переноса излучения и теории
многократного рассеяния представляет интерес также для химиков, гео-
физиков и специалистов в области ядерной физики. Предварительная
подготовка, необходимая для понимания книги, предполагает некоторое
знакомство с методами решения волновых уравнений, уравнений
Максвелла, с векторным исчислением, рядами и интегралами Фурье.
Рассматриваемые в книге вопросы можно разбить на три группы:
волны в случайных облаках дискретных рассеивателей, волны в
сплошных случайных средах и рассеяние волн на шероховатой
поверхности. Случайные облака дискретных рассеивателей представляют
собой случайное распределение в пространстве множества частиц. Их
примерами являются дождь, туман, смог, град, частицы в океане, красные
кровяные тельца в крови, молекулы полимеров и другие частицы,
совершающие броуновское движение. Сплошные случайные среды - это
среды, свойства которых меняются случайно и непрерывно во времени и в
пространстве. В качестве примеров приведем турбулентность чистого
воздуха, выхлопные струи двигателей, тропосферную и ионосферную
турбулентность, турбулентность океана
в
Предисловие
и биологические среды, такие как биологические ткани и мышцы.
Примерами шероховатых поверхностей являются поверхность океана,
поверхности планет, границы раздела между различными биологическими
средами и негладкие поверхности световодов.
В первом томе монографии (части I и II) рассматриваются теория
однократного рассеяния и теория переноса излучения. Теория
однократного рассеяния применима для описания рассеяния волн в
разреженных облаках рассеивателей. Она охватывает большое число
встречающихся на практике ситуаций, включая радиолокацию, а также
лазерную и акустическую локацию в различных средах. Относительная
математическая простота этой теории позволяет без излишних трудностей
ввести большинство фундаментальных понятий, таких как полоса ко-
герентности, время когерентности, временная частота, и рассмотреть
движение рассеивателей и распространение импульсов. Мы приводим
также некоторые оценочные значения характеристик частиц в атмосфере,
океане и в .биологических средах. Теория переноса излучения, которую
также называют кратко теорией переноса, имеет дело с изменением
интенсивности волны, распространяющейся через случайное облако
рассеивателей. Эта теория используется при решении многих задач рас-
сеяния оптического и СВЧ излучения в атмосфере и биологических
средах. В книге описываются различные приближенные способы решения,
включая диффузионное приближение, метод Кубелки - Мунка,
плоскослоистое приближение, приближение изотропного рассеяния и
малоугловое приближение.
Во втором томе (части III, IV и V) приводится большое количество
новых результатов, полученных в последнее время в теории
распространения и рассеяния волн в случайных средах. Часть III
посвящена теории многократного рассеяния волн в случайных облаках
рассеивателей. Часть IV охватывает теорию слабых и сильных
