Музалевский К.В.
 Статья на сайте eLibrary

На примере легкосуглинистой почвы (содержание глинистой фракции 20 % по весу) теоретически с использованием численно-аналитических методов исследуются отражательные свойства слоистых сред сезонно-талого слоя (СТС), находящихся в процессе замерзания и оттаивания, в сверхширокой полосе частот от 10 МГц до 10 ГГц, а также процессы взаимодействия сверхширокополосных импульсов мегагерцового диапазона частот с длительностью 2,5 нс с этими средами. Спектральные амплитуды коэффициента отражения, временные формы и задержки, скорость распространения импульса рассчитывались для конфигурации моностатической радиолокации при зондировании в надир СТС электромагнитной волной с плоским фронтом. Показано, что почвы СТС для отражённых волн представляют собой фильтр нижних частот, частота среза которого нелинейно уменьшается с увеличением толщины СТС. При этом средняя частота в спектре зондирующего импульса снижается с 527 МГц (до входа в среду) на 38 % и 23 % на каждые метр прохождения в толще талого и мёрзлого СТС соответственно. Скорость сверхширокополосного импульса и групповая скорость распространения импульса (рассчитанная на средней частоте спектра зондирующего импульса до входа в среду) как в талом, так и в мёрзлом СТС легкосуглинистых почв совпадают. Показано, что для зондирования нижней границы СТС замерзающей или оттаивающей легкосуглинистой почвы уровень энергетического потенциала радарной системы должен превышать 40 дБ/0,5 м (толщины СТС) в диапазоне частот до 1 ГГц. Проведённые исследования указывают на принципиальную возможность и перспективность разработки радиолокационных импульсных сверхширокополосных систем мегагерцового диапазона частот для дистанционного зондирования геофизических параметров слоистой структуры СТС легкосуглинистых почв.

На английском языке
Reflecting properties of the seasonally thawed layer during thawing and freezing of the loamy soil. Numerical-analytical case study
Muzalevskiy K.V.

We use numerical analytical methods to study theoretically the reflective properties of the layered media of the seasonally thawed layer (active layer, AL) in the process of their freezing an thawing in the ultrawide frequency band from 10 MHz to 10 GHz, as well as the process of interaction of 2.5 ns-long ultrawide pulses in the megahertz frequency band with such media, by the example of the use the loamy soil (with the content of the clay fraction equal to 20% by weight) by the example of the light loamy soil with the weight content of the clay fraction equal to 20%. The spectral amplitudes of the reflection coefficient and the temporal forms, delays, and propagation velocities of the pulse were calculated for the case of the monostatic radar configuration and probing of the AL nadir with an electromagnetic wave with a plane front. It is shown that the AL soil is a low-frequency filter for the reflected waves, and the cutoff frequency of this filter decreases nonlinearly as the AL thickness increases. The average frequency in the spectrum of the probing pulse decreases from 527 MHz (before the pulse enters the medium) by 38% and 23% per meter during the propagation through the thawed and frozen active layer, respectively. The velocity of the ultrawideband pulse and the group velocity of the pulse propagation, which is calculated at the average frequency of the probing-pulse spectrum before the pulse enters the medium, coincide in both the thawed and frozen ALs. It is shown the energy potential of the radar system should exceed 40 dB/0.5 m (of the AL thickness) in the frequency band below 1 GHz, in order to ensure probing of the lower boundary of the AL in the freezing or thawing light loamy soil. The performed studies demonstrate the basic possibility and good prospects of developing pulsed ultrawideband radar systems in the megahertz frequency band for remote probing of the geophysical parameters of the layered structure of ALs in light loamy soils.

DOI: https://doi.org/10.52452/00213462_2022_65_09_768