ГОСТ Р 25645.161-94
Поверхности Луны, Марса и Венеры. Радиофизические параметры

ГОСТ Р 25645.161-94
Группа Т27

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

     
ПОВЕРХНОСТИ ЛУНЫ, МАРСА И ВЕНЕРЫ

     
Радиофизические параметры

     
Surfaces of the Moon, Mars and Venus. Radiophysical parameters

ОКСТУ 0080

Дата введения 1995-07-01

     
     
Предисловие

1 РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Институтом радиотехники и электроники Российской Академии наук и Всероссийским научно-исследовательским институтом стандартизации (ВНИИстандарт) Госстандарта России

2 ПРИНЯТ И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Госстандарта России от 01.11.94 N 263

3 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

1 ОБЛАСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ

Настоящий стандарт устанавливает радиофизические параметры, характеризующие отражательные свойства поверхностей Луны, Марса и Венеры в диапазоне 1 см - 1 м и методику их расчета.

Стандарт предназначен для расчета радиосистем траекторных измерений, навигации и радиоуправления, устанавливаемых на спускаемых космических аппаратах, а также для расчетов при моделировании радиофизических свойств поверхностей планет в условиях наземной отработки.

2 ОПРЕДЕЛЕНИЯ

В настоящем стандарте применяются следующие термины и определения:

Согласованная поляризация радиоволн - состояние поляризации принимаемых радиоволн, при котором направление вращения вектора напряженности электрического поля при наблюдении вдоль направления распространения волны противоположно направлению вращения вектора напряженности электрического поля в излучаемой волне, а остальные параметры эллиптической поляризации излучаемых и принимаемых волн одинаковы.

Ортогональная поляризация радиоволн - состояние поляризации принимаемых радиоволн, ортогональное согласованной поляризации.

Квазизеркальная компонента рассеянного сигнала - часть энергии электромагнитных волн, принимаемых на согласованной поляризации, соответствующая отражениям от гладких участков поверхности планеты, нормаль к которым ориентирована по направлению на передающую антенну.

Диффузная компонента рассеянного сигнала - часть энергии электромагнитных волн, принимаемых на согласованной поляризации, не совпадающая с квазизеркальной компонентой, и энергия электромагнитных волн, принимаемых на ортогональной поляризации.

Параметр Хегфорса - радиофизический параметр поверхности, определяющий ширину диаграммы обратного рассеяния для квазизеркальной компоненты.

3 ОБОЗНАЧЕНИЯ И СОКРАЩЕНИЯ

- длина волны, см;

- угол локации, отсчитываемый от направления главного максимума приемно-передающей антенны радионавигационной системы до направления местной вертикали, рад;

- угловая ширина диаграммы обратного рассеяния по уровню половины мощности;

- ширина главного максимума приемно-передающей антенны по уровню половины мощности, град.;

- удельная эффективная поверхность рассеяния (УЭПР);

- УЭПР при согласованной поляризации;

- УЭПР при ортогональной поляризации;

- диффузная компонента УЭПР при согласованной поляризации;

- диффузная компонента УЭПР при ортогональной поляризации;

- квазизеркальная компонента УЭПР при согласованной поляризации;

- коэффициент отражения;

- коэффициент отражения, соответствующий квазизеркальной компоненте;

- коэффициент отражения, соответствующий диффузной компоненте;

- коэффициент отражения, соответствующий диффузной компоненте при ортогональной поляризации;

- дисперсия наклонов случайных неровностей;

- параметр Хегфорса;

- диаграмма обратного рассеяния квазизеркальной компоненты при согласованной поляризации;

- диаграмма обратного рассеяния диффузной компоненты при согласованной поляризации;

- диаграмма обратного рассеяния диффузной компоненты при ортогональной поляризации;

, - показатели степени убывания диффузной компоненты в зависимости от угла соответственно при согласованной и ортогональной поляризации;

- коэффициент, зависящий от типа рельефа поверхности Венеры;

- диэлектрическая проницаемость;

- северная широта, град.,

- западная долгота, град.;

- плотность распределения вероятностей;

, - уровни отраженного сигнала на входе приемных каналов, соответствующих согласованной и ортогональной поляризации, Вт;

- коэффициент усиления передающей антенны;

, - эффективные поверхности приемных антенн при согласованной и ортогональной поляризациях радиоволн, м;

- расстояние локатор - облучаемая поверхность, м;

- площадь поверхности планеты, облучаемая в пределах главного лепестка диаграммы антенны локатора, м;

- высота локатора, км;

с.ш. - северная широта;

ю.ш. - южная широта;

в.д. - восточная долгота;

з.д. - западная долгота.

4 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

4.1 Радиофизические параметры определяют уровень отраженного поверхностью сигнала, зависящий от заданного положения носителя радиосистемы наведения.

4.2 Уровень отраженного сигнала зависит от радиофизических параметров поверхности в данном районе планеты, длины волны , поляризации антенны и от угла локации , отсчитываемого от направления главного максимума приемно-передающей антенны радионавигационной системы до направления местной вертикали.

4.3 Рассеивающие свойства поверхностей планет характеризуются:

- угловой шириной диаграммы обратного рассеяния при согласованной и ортогональной поляризациях;

- удельной эффективной поверхностью рассеяния ;

- коэффициентом отражения .

4.4 Угловая ширина диаграммы обратного рассеяния при согласованной поляризации зависит от значения величины шероховатости поверхности на горизонтальных масштабах от нескольких метров до нескольких сотен метров. Шероховатость поверхности характеризуют параметром Хегфорса и дисперсией наклонов случайных неровностей . Параметр Хегфорса связан с эмпирическим соотношением

. (1)

4.5 Угловую ширину диаграммы обратного рассеяния по уровню половины мощности при согласованной поляризации рассчитывают по формуле

. (2)

4.6 Удельную эффективную поверхность рассеяния (УЭПР) при согласованной и ортогональной поляризациях рассчитывают по формулам:

; (3)

, (4)

где

; (5)

; . (6)

Величины и принимают значения в пределах от 1 до 4 для разных планет и уточняются в зависимости от характера поверхности в данном районе планеты.

Для Венеры зависимость определяют соотношением:

, (7)

где ;

- коэффициент, зависящий от рельефа поверхности.

4.7 Коэффициент отражения при согласованной поляризации рассчитывают по формуле

, (8)

где

. (9)

4.8 Параметры и , определяющие уровень согласованной поляризации, и параметр , определяющий уровень ортогонально-поляризованной компоненты в отраженном сигнале, связаны с коэффициентами отражения , и соотношениями:

(при ), ; . (10)

5 РАДИОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛУНЫ, МАРСА И ВЕНЕРЫ

5.1 Усредненная зависимость радиофизических параметров , , и поверхности Марса от длины волны представлена на рисунке 1. Методика расчета уровня отраженного сигнала приведена в приложении А.

Рисунок 1 - Зависимость параметров радиофизической модели Марса от длины волны

Рисунок 1 - Зависимость параметров радиофизической
модели Марса , , , от длины волны

5.2 Усредненная зависимость радиофизических параметров , , , и поверхности Луны от длины волны представлена на рисунке 2.

Рисунок 2 - Зависимость параметров радиофизической модели Луны от длины волны

Рисунок 2 - Зависимость параметров радиофизической
модели Луны , , , , от длины волны

5.3 Данные по основным радиофизическим параметрам поверхности Венеры: коэффициенту отражения и шероховатости представлены на рисунке 3.

Рисунок 3 - Данные о разбросе значений коэффициента отражения и шероховатости поверхности Венеры

Рисунок 3 - Данные о разбросе значений коэффициента отражения и шероховатости
поверхности Венеры. Дифференциальный (а) и интегральный (б) законы распределения
средних квадратических углов наклона неровностей поверхности северного полушария
Венеры; (в) и (г) - те же параметры для коэффициента отражения

5.4 Радиофизические параметры отдельных районов поверхностей Луны, Марса и Венеры приведены в приложении В*.
_______________
* Банк данных по радиофизическим параметрам северного полушария Венеры имеется в Институте радиотехники и электроники Российской Академии Наук.

5.5 Резко пониженной отражательной способностью на длине волны 3,5 см характеризуется область Stealth на поверхности Марса. Координаты и форма указанной области приведены на рисунке 4.

Рисунок 4 - Положение слабо отражающей области Stealth на поверхности Марса

Рисунок 4 - Положение слабо отражающей области Stealth на поверхности Марса.
Область Stealth обозначена на рисунке штриховкой

6 ПОГРЕШНОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ РАДИОФИЗИЧЕСКИХ ПАРАМЕТРОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛУНЫ, МАРСА И ВЕНЕРЫ

6.1 Качество работы систем наведения зависит от абсолютных погрешностей измерений параметров рассеяния радиосигнала поверхностью планеты.

6.2 Средние абсолютные погрешности измерений параметров рассеяния радиосигнала для поверхностей Луны, Марса и Венеры приведены в таблицах 1-3.


Таблица 1 - Погрешности определения радиофизических параметров поверхности Луны по данным моностатической локации с искусственных спутников

Длина волны , см	УЭПР		Координаты района измерений, град		Коэффициент отражения , %	Диэлектрическая проницаемость	Параметр шероховатости , град
	, дБ	Точность, дБ	Широта	Долгота
3,2	-2,0	±3	7,13 с.ш.	64,37 з.д.	6,9±4,1	3,0±1,1	11±1,5
3,2	+1,0	±3	18,87 с.ш.	62,05 з.д.	13,8±8,2	5,7±2,9	11±1,5
3,1	-5,8	±1,4	0,69 с.ш.	56,30 в.д.	3,0±1,5	2,1±0,35	13,5±1,5
3,1	-4,0	±1,4	38,27 с.ш.	35,00 з.д.	1,8±0,2	1,7±0,25	8,5±1
3,1	-5,8	±1,9	3,56 с.ш.	56,50 в.д.	3,2±1,3	2,0±0,3	13,5±2
3,2	-2,2	±3	40,85 с.ш.	54,75 з.д.	4,5±2,7	2,35±0,6	10±1
3,1	-5,7	±2,1	3,53 с.ш.	56,55 в.д.	1,8±0,8	1,7±0,2	10±1,5
3,1	+0,3	±0,95	25,85 с.ш.	30,45 в.д.	6,2±1,3	2,8±0,3	9,5±1
3,1	-1,0	±1,7	12,68 с.ш.	62,28 в.д.	6,9 ±1,6	2,9±0,6	12,1±1,5
2,3	-4,5	±4,2	2,65 ю.ш.	43,33 з.д.	4±3	2,25±0,7	13,5±1,5
2,3	-6,2	±0,75	3,0 ю.ш.	23,4 з.д.	2,4 ±0,4	1,9±0,1	13,5±1,5
2,3	-7,0	±1,35	1,8 с.ш.	23,38 в.д.	2,15±0,6	2±0,16	13,5±1,5
2,3	-5,2	±1	0,78 с.ш.	1,8 з.д.	3,8±0,9	2,2±0,2	13,5±1,5
2,3	-3,0	±0,85	41,0 ю.ш.	11,71 з.д.	7,8 ±0,5	3,15±0,3	18±2
9·10	-	-	25,86 с.ш.	30,45 з.д.	9±2	3,5±0,5	-

Таблица 2 - Погрешности определения параметра на длине волны 3,5 см в аномальных регионах Марса

Наименование особенности		Долгота, градусы	Широта, градусы	Размер, км (север-югвосток-запад
Южный полюс	0,968±0,021	53,2	-87,4	8090
Юг области Tharsis	0,693±0,026	121,9	-21,0	85240
Pavonis Mons	0,466±0,011	107,4	0,6	85100
Arsia Mons	0,407±0,011	119,5	-9,1	80100
Olympus Mons 1	0,370±0,011	124,3	16,5	300600
Olympus Mons 2	0,249±0,011	156,5	14,9	185260
Ascraeus Mons	0,339 ±0,011	102,8	11,0	100120
South Feature	0,190±0,026	93,4	-40,9	70140
Stealth	0±0,011	120-168	0	5002300
Вся поверхность Марса в среднем	0,079 ±0,011	-	-	-

Таблица 3 - Погрешности определения параметров поверхности Венеры по данным наземных и спутниковых измерений

Тип исследованной поверхности	Данные наземного радиолокатора Аресибо (США)		Данные космического аппарата "Пионер - Венера"
"Яркие" равнины	0,013±0,002	-2,48±0,41	-	-
"Темные" равнины	0,010±0,002	-2,05 ±0,50	0,007±0,001	-1,80±0,64
"Паркет"	0,020±0,003	-2,00±0,48	-	-
Овоиды	0,009±0,005	-3,04±1,63	0,014±0,003	-2,90±0,33
Линиаментные пояса	0,016±0,004	-2,54±0,55	0,019±0,005	-2,14±0,39
Тессеры	0,037±0,006	-1,86±0,77	0,021±0,004	-2,99±0,86
Область Теллуры	-	-	0,013±0,001	-3,15±0,11
Связанные области	0,036±0,008	-2,03±0,70	-	-
Отдельные линиаменты	0,085±0,022	-1,49±0,61	0,057±0,006	-2,01±0,68
Венцы	0,026±0,006	-3,21±1,13	0,035±0,010	-1,31±0,63

ПРИЛОЖЕНИЕ А (рекомендуемое). МЕТОДИКА РАСЧЕТА УРОВНЯ ОТРАЖЕННОГО СИГНАЛА ПРИ СОГЛАСОВАННОЙ И ОРТОГОНАЛЬНОЙ ПОЛЯРИЗАЦИЯХ

ПРИЛОЖЕНИЕ А
(рекомендуемое)

A.1 Для определения уровня отраженного поверхностью планеты сигнала применяют упрощенное уравнение радиолокации

. (А.1)

При малой по сравнению с радиусом планеты высоте локатора () площадь определяют из соотношения:

, (А.2)

где - ширина главного максимума антенны по уровню половины мощности.

А.2 Расчет уровня отраженного сигнала проводят в 3 этапа:

а) определение параметров , , , для используемой длины волны по диаграммам рисунков 1 и 2;

б) расчет значений и по формулам (5) и (6) настоящего стандарта;

в) вычисление уровней и с учетом характеристик приемно-передающего устройства по формуле (A.1)

А.3 Пример расчета

Исходные данные: мощность передатчика 1 Вт; длина волны 2 см; диаметр передающей антенны 20 см; угол между направлениями главных максимумов приемно-передающей антенны и местной вертикалью 45 °С; высота антенны передатчика 50 км; координаты района посадки (на Mapce) 45° с.ш. и 135° з.д.; поляризация излучаемого сигнала круговая.

Расчет уровней отраженного сигнала состоит из следующих операций:

1 Рассчитывают по графикам на рисунке 1 параметры , , , для длины волны 2 см; 16; 0,8; 0,15; 0,08; 2,2; 1,0.

2 Вычисляют значения и по формулам (5) и (6) настоящего стандарта:

0,0962; 0,056.

3 При 6° определяют уровни , по формуле (А.1)

4,3·10 Вт; 2,1·10 Вт.

ПРИЛОЖЕНИЕ В (справочное). РАДИОФИЗИЧЕСКИЕ ПАРАМЕТРЫ ОТДЕЛЬНЫХ РАЙОНОВ ПОВЕРХНОСТЕЙ ЛУНЫ, МАРСА И ВЕНЕРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ В
(справочное)

Угловые зависимости УЭПР диффузной компоненты для районов Венеры с различными геологическими типами поверхности представлены на рисунке B.1.

Рисунок В.1 - Угловые зависимости УЭПР диффузной компоненты для районов Венеры с различными геологическими типами поверхности

Рисунок В.1.

Угловые зависимости УЭПР диффузной компоненты для районов
Венеры с различными геологическими типами поверхности:

1 - узкие линиаментные области; 2 - тессеры;
3 - линиаментные пояса и овоиды; 4 - "темные" равнины

Карта распределения шероховатости в экваториальной области Марса представлена на рисунке В.2.

Рисунок В.2 - Карта распределения шероховатости в экваториальной области Марса

Рисунок В.2

а - карта распределения шероховатости в экваториальной области Марса, 3,5 см.
Контуры обозначают участки с одинаковыми значениями ; б - отражательная способность
в одном из районов экваториальной части Марса, 3,5 см

Значения радиофизических параметров поверхности в различных регионах Луны, Венеры и Марса помещены в таблицах B.1-В.5.


Таблица B.1 - Результаты измерений радиофизических параметров поверхности Марса на длине волны 12,6 см при 22° с.ш.

Долгота, град.			, град.
78,8	0,108	0,032	5,3	0,051	2,1	1,5	0,057
85,3	0,117	0,039	4,9	0,049	2,6	1,8	0,068
88,1	0,078	0,027	4,5	0,031	3,0	1,9	0,047
91,3	0,130	0,027	7,2	0,056	2,4	2,3	0,074
93,9	0,071	0,028	7,5	0,027	2,4	2,4	0,045
97,4	0,122	0,047	3,8	0,041	3,5	3,0	0,081
100,1	0,103	0,042	4,0	0,031	3,0	3,2	0,071
101,2	0,072	0,029	3,7	0,025	3,1	3,4	0,047
103,4	0,094	0,033	2,2	0,029	4,2	3,8	0,065
106,3	0,114	0,045	3,9	0,040	2,8	4,0	0,074
107,5	0,100	0,041	3,8	0,035	3,0	4,3	0,065
112,5	0,099	0,036	1,8	0,028	4,4	4,7	0,071
113,9	0,123	0,047	1,9	0,035	4,1	4,6	0,088
120,2	0,112	0,043	2,6	0,032	3,9	3,9	0,080
124,7	0,091	0,036	2,0	0,020	5,0	3,3	0,071

Таблица В.2 - Результаты измерений радиофизических параметров в северной части экваториальной области поверхности Марса на длине волны 12,6 см

, град.	, град.		, град.
23,1	39,8	0,021	5,7	0,13	1,5	1,7	0,049
23,7	330,2	0,010	3,2	0,061	2,4	1,1	0,039
-	244,9	-	1,9	0,10	3,1	1,1	0,059
24,1	250,7	0,021	1,9	0,12	3,3	1,0	0,067
24,1	256,4	0,017	2,9	0,10	2,3	1,0	0,050
24,1	261,8	0,016	2,5	0,087	3,0	0,9	0,050
24,8	143,1	0,064	-	-	-	-	-
24,8	149,3	0,053	-	-	-	-	-
25,2	55,7	0,026	4,0	0,11	2,2	1,0	0,066

Таблица В.3 - Классификация форм рельефа и средний коэффициент отражения поверхности Венеры

Топографические зоны	Высота, км (над уровнем 6051 км)	Занимаемая площадь, %	Средний коэффициент отражения , %	Стандартное отклонение величины , %
Равнинный рельеф	-2,00	27	0,12	0,003
Преобладающий рельеф	02	65	0,12	0,006
Горный рельеф	212	8	0,13	0,03
Зоны I и II (впадины)	-2,0-0,7	0,9	0,13	0,009
Зона III (равнины)	-0,70,9	60	0,13	0,002
Зона IV (холмистые предгорья)	0,92,0	27	0,12	0,005
Зона V (горные долины, плоскогорья)	2,03,5	8	0,11	0,006
Зона VI (горные районы)	3,55,0	3,5	0,16	0,02
Зона VII	5,05,9	0,4	0,18	0,02
Зона VIII (высокогорье)	5,912	0,2	0,22	0,07

Таблица В.4 - Радиофизические параметры Луны по данным бистатической локации

Длина волны , см	Диэлектрическая проницаемость	Плотность грунта , г/см	Параметр шероховатости , град	Область измерений	Примечания
170	2,8	1,4	11	Экваториальная область
170	-	-	3-5	То же	Морские районы
170	-	-	6-14	"	Материковые районы
170	-	-	5	"	Среднее по исследованным районам
32	-	-	2,3-16	-
32	-	-	5,6	-	То же
220	3,2	1,6	2	-	Среднее по морским районам
220	2,8	1,4	-	-	Среднее по материковым районам
220	5,8	2,8	-	Кратер Флемстид	-
220	-	-	3	Кратер Альфрага	-
220	-	-	6	Кратер Цензорин	-
13,1	2,5-3,1	1,2-1,5	2-4	-	Морские районы
116	3,1	1,55	1-3	-	То же
3,1	2,0-2,8	0,85-1,0	6-8	-	Материковые районы
116	2,8	1,4	6-8	-	То же

Таблица В.5 - Диэлектрическая проницаемость и плотность грунта Луны по данным моностатической локации с искусственных спутников

Длина волны , см	УЭПР , дБ	Координаты района измерений, град		Коэффициент отражения , %	Диэлектрическая проницаемость	Параметр шероховатости , град.
		Широта	Долгота
3,2	-2,0	7,13 с.ш.	64,37 з.д.		3,0	11
3,2	+1,0	18,87 с.ш.	62,05 з.д.	13,8	5,7	11
3,1	-5,8	0,69 с.ш.	56,30 в.д.	3,0	2,1	13,5
3,1	-4,0	38,27 с.ш.	35,00 з.д.	1,8	1,7	8,5
3,1	-5,8	3,56 с.ш.	56,50 в.д.	3,2	2,0	13,5
3,2	-2,2	40,85 с.ш.	54,75 з.д.	4,5	2,35	10
3,1	-5,7	3,53 с.ш.	56,55 в.д.	1,8	1,7	10
3,1	+0,3	25,85 с.ш.	30,45 в.д.	6,2	2,8	9,5
3,1	-1,0	12,68 с.ш.	62,28 в.д.	6,9	2,9	12,1
2,3	-4,5	2,65 ю.ш.	43,33 з.д.	4	2,25	13,5
2,3	-6,2	3,0 ю.ш.	23,4 з.д.	2,4	1,9	13,5
2,3	-7,0	1,8 с.ш.	23,38 в.д.	2,15	2	13,5
2,3	-5,2	0,78 с.ш.	1,8 з.д.	3,8	2,2	13,5
2,3	-3,0	41,0 ю.ш.	11,71 з.д.	7,8	3,15	18
9·10	-	25,86 с.ш.	30,45 з.д.	9	3,5	-