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

ПРЕДИСЛОВИЕ РЕДАКТОРА…………………………………………………………………………… 5

ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………………………………………………………… 10

ГЛАВА 1. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПОЛЯРИЗАЦИОННЫХ ПАРАМЕТРОВ ПОЛНОСТЬЮ

ПОЛЯРИЗОВАННЫХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН…………………………….15

1.1 Понятие поляризации электромагнитных волн. Основные типы и состояния поляризации……………………………………………… 15

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

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

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

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

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

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

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

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

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

1.8 Представление поляризации электромагнитных волн на обобщенной комплексной плоскости. Связь между обобщенной

комплексной плоскостью и поляризационной сферой……………... 83

1.9 Разложение произвольного состояния поляризации в ортогональном базисе и понятие близости состояний поляризации

при представлении на комплексной плоскости……………………... 87

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

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

ГЛАВА 2. ЧАСТИЧНАЯ ПОЛЯРИЗАЦИЯ ПЛОСКИХ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ...... 105

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

2.2 Физическое обоснование к введению понятия матрицы когерентности и степени поляризации частично поляризованной

волны………112

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

2.4. Общая форма (2х2) матрицы когерентности и её использование для разложения закона интерференции…………124

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

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

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

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

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

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

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

2.10 Степень поляризации суммы коррелированных потоков излучения 162

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

ГЛАВА 3. ПРЕДСТАВЛЕНИЕ ПРЕОБРАЗОВАНИЙ ПОЛЯРИЗАЦИОННОЙ СТРУКТУРЫ ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН ПРОСТЫМИ ПРИБОРАМИ……………………… 173

3.1 Простые приборы как элементы радиолокационного канала……… 173

3.2 Формализм матрицы Джонса………………………………………… 175

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

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

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

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

3.7 Представление преобразований поляризационной структуры на поляризационной сфере…………………………………………216

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

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

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

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

3.10 Четвертьволновое устройство. Комбинация полуволнового и четвертьволнового устройств…………………… 238

3.11 Соответствие матриц Паули матрицам Джонса простых приборов 247

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

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

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

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

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

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

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

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

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

4.2 Матрицы рассеяния простейших радиолокационных объектов…… 273

4.2.1 Двухвибраторная модель радиолокационного объекта……. 274

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

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

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

4.4 Матрица рассеяния мощности. Степень поляризационной анизотропии радиолокационного объекта по мощности…………… 289

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

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

4.6.1 Поляризационное отношение для собственных поляризаций и поляризаций нулевого сигнала

радиолокационного объекта…………. 298

4.6.2 Геометрическое представление собственных поляризаций и поляризаций нулевого сигнала ……………………………. 302

4.7 Представление поляризационной зависимости энергетических

величин на сфере Пуанкаре…………………………………………... 307

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

ГЛАВА 5. ИНВАРИАНТНЫЕ ПАРАМЕТРЫ ОДНОТОЧЕЧНЫХ РАДИОЛОКАЦИОННЫХ ОБЪЕКТОВ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ИНВАРИАНТНЫХ

ПАРАМЕТРОВ В ЗАДАЧЕ ДЕКОМПОЗИЦИИ МАТРИЦЫ РАССЕЯНИЯ………. 316

5.1 Декомпозиция матрицы Грейвса с использованием поляризационных инвариантов………………………………… 317

5.2 Комплексная степень поляризационной анизотропии точечного радиолокационного объекта……………………. 320

5.3 Геометрическое представление степени поляризационной анизотропии на комплексной плоскости радиолокационных

объектов……………………………………………………………….. 324

5.4 Преобразование комплексной плоскости радиолокационных объектов в комплексную плоскость поляризационного отношения рассеянных волн………………………………………………………. 328

5.5 Представление поляризационной анизотропии радиолокационных объектов на поляризационной сфере………332

5.6 Близость состояний поляризации радиолокационных объектов на комплексной плоскости……………………………336

5.7 Близость состояний поляризации радиолокационных объектов в трехмерном поляризационном пространстве……341

5.8 Упрощенное обоснование понятия близости состояний поляризации…………………………………………………………… 348

5.8.1 Амплитудная передаточная функция простого прибора. Квадрат модуля амплитудной передаточной функции…….. 350

5.8.2 Собственные поляризации простого прибора. Собственные значения передаточных функций комплексной амплитуды

и интенсивности……………354

5.8.3 Матрица Джонса идеального эллиптического поляризатора…………………………………………………… 356

5.8.4 Разложение эллиптически поляризованной волны в ортогональном базисе, образованном осями пропускания

двух идеальных ортогональных эллиптических поляризаторов. Простейшее обоснование к введению

понятия близости (удаленности) состояний поляризации…. 358

5.9 Связь понятий близости состояний поляризации и степени поляризационной анизотропии радиолокационного объекта 367

ЛИТЕРАТУРА …………………………………………………………………………………………. 370