Распространение и рассеяние волн в случайно неоднородных средах. Том 1 - Исимару А.
Скачать (прямая ссылка):
флуктуаций волн в сплошных случайных средах и в турбулентности. В
части V даны основы теории рассеяния волн на шероховатой поверхности
и дистанционного зондирования свойств случайных сред, включая
некоторые важные вопросы решения обратных задач.
От автора
В основу этой книги положен курс лекций, подготовленный автором
для аспирантов первого года обучения по специальности "Волны в
случайных средах" и читавшийся им на электротехническом факультете
Вашингтонского университета на протяжении нескольких последних лет.
Материалы этой книги использовались также при чтении в 1973 и 1974 г.
недельного курса лекций по теории волн в случайных средах и ее приме-
нениям в Университетском колледже Лос-Анджелеса.
Автор выражает признательность своим коллегам и аспирантам,
сделавшим много полезных замечаний. Особую благодарность он
приносит Зигельману и Карлсону из Вашингтонского университета,
Ричарду. By из Лаборатории реактивного движения, Кавуру Йе из
Университетского колледжа Лос-Анджелеса, Курту Джонсону из
Университета штата Юта, Виктору Тверскому из Иллинойсского
университета (Чикагское отделение), Маркувицу из Нью-Йоркского
политехнического института и Келлеру из Нью-Йоркского университета
(Курантовский институт) за полезные обсуждения, советы и поддержку.
Значительная часть работы над. этой книгой выполнялась при поддержке
Электротехнического общества (ранее Кембриджская исследовательская
лаборатория ВВС), Национального научного фонда и Национального
института здоровья. Автор признателен также миссис Эйлин Флюэллинг
за оказанную помощь при подготовке рукописи и квалифицированную
перепечатку.
Глава 1
Введение
Во многих задачах распространения- и рассеяния волн среду, в
которой проходит волна, можно рассматривать либо как де-
терминированную, либо как случайную. По детерминированным задачам
проведено большое количество исследований; сюда относятся, например,
теория антенн различного типа, теория дифракции и рассеяния,
направленные волны. В -отличие от этих задач многие природные и
биологические среды испытывают случайные изменения во времени и в
пространстве. Поэтому волны в таких средах претерпевают случайные
изменения амплитуды и фазы, так что их описание должно проводиться
на языке статистических средних величин и распределений вероятности.
В данной книге мы обращаемся к следующим вопросам: как волна
взаимодействует со случайной средой, как эти взаимодействия
формулируются и выражаются математически и как получить решения
большого класса практически важных задач.
Монография разделена на пять частей. Первый том содержит части I и
II. В части I (гл. 2-6) рассматривается рассеяние и распространение волн
в разреженных случайных облаках рассеивателей. Здесь для объяснения
фундаментальных понятий теории флуктуаций волн в случайных средах
используется теория однократного рассеяния и ее незначительное об-
общение, что позволяет избежать излишних математических сложностей.
Кроме того, эта теория охватывает широкий круг важных для практики
задач распространения и рассеяния волн в атмосфере, океане и других
случайных средах. Часть II (гл. 7-13) посвящена теории переноса
излучения. Второй том включает части III-V. В части III (гл. 14 и 15)
рассматривается теория многократного рассеяния волн в случайных обла-
ках рассеивателей. Часть IV (гл. 16-20) охватывает теорию слабых и
сильных флуктуаций в сплошной случайной среде и в турбулентности. В
части V (гл. 21 и 22) описаны рассеяние на шероховатой поверхности и
дистанционное зондирование случайных сред.
Случайные среды можно разбить на три группы: случайные облака
дискретных рассеивателей, сплошные случайные среды и шероховатые
поверхности. Случайные облака дискретных рассеивателей представляют
собой случайное распределение в пространстве множества частиц.
Примерами могут служить дождь,
12
Глава 1
туман, смог, град, аэрозоль, частицы в океане, красные кровяные тельца,
молекулы полимеров, молекулы. Анализ распространения и рассеяния
волн в таких случайных средах может быть осуществлен в два этапа.
Сначала мы рассматриваем характеристики рассеяния и поглощения
отдельной частицы, а затем переходим к рассмотрению характеристик
волны при наличии большого числа случайно распределенных
рассеивателей.
Первый этап обсуждается в гл. 2. Она начинается с определения
амплитуды рассеяния и сечений рассеяния и поглощения. Кратко
описаны рэлеевское рассеяние, приближение Рэлея - Дебая
(борновское), приближение ВКБ и теория Ми. Включено также
обсуждение поляризационных эффектов и параметров Стокса. Дано
краткое описание всех определений для случая акустических волн.
В гл. 3 приведены примеры характеристик рассеяния и поглощения
для некоторых практических задач. Обсуждаются свойства частиц в
атмосфере и океане, к которым относятся аэрозоль, гидрометеоры,
воздушные пузырьки и рыбы. Кроме того, рассматриваются оптические и
