Электромагнитные 
  волны
Характеристики волн
                              
      Для понимания сущности радиозондирования Земли необходимо опираться 
на  физическую модель, в нашем случае ею являются уравнения Максвелла в среде.
      Сенсор, расположенный на спутнике, излучает  электромагнитную волну.
 Ее  характеристики:
      •    
Длина -  расстоянием между соседними пиками;
      • 
Частота – величина, равная с/λ, где с- скорость распространения 
  EM-волн в среде (в вакууме 3*108 [м/с]), а λ – длина волны; 
      •  
Волновой вектор, который указывает направление распространения 
  волны;
      • 
Эллипс поляризации – траектория, которую описывает вектор
напряженности   поля E. Без ограничения общности можносказать, что EM-волна
обладает эллиптической   поляризацией, которая может вырождаться в круговую
и линейную.
                                    
      
       Максвелловская теория утверждает, что в плоской монохроматической волне вектор магнитного поля 
 H и электрического E расположены перпендикулярно друг к другу (см. рис).
Классификация используемых частот     
Для радиолокации используют частоты (длины волн), определенные следующим 
  образом:
     
 
                                                                        
                                                                        
              
                              
                                     
                                       
                                         | Название | 
                                         Частота,
МГц | 
                                         Длина волны,
  см | 
                                       
                                       
                                         Ka Band 
                                          | 
                                         40,000-26,000 
                                          | 
                                         0.8-1.1 
                                          | 
                                       
                                       
                                         K Band 
                                          | 
                                         26,500-18,500 
                                          | 
                                         1.1-1.7 
                                          | 
                                       
                                       
                                         Ku band 
                                          | 
                                         18,500- 12,500 
                                          | 
                                         1.7-2.4 
                                          | 
                                       
                                       
                                         X Band 
                                          | 
                                         12,500-8,000 
                                          | 
                                         2.4-3.8 
                                          | 
                                       
                                       
                                         C Band 
                                          | 
                                         8,000-4,000 
                                          | 
                                         3.8-7.5 
                                          | 
                                       
                                       
                                         S Band 
                                          | 
                                         4,000- 2,000 
                                          | 
                                         7.5-15.0 
                                          | 
                                       
                                       
                                         L Band 
                                          | 
                                         2,000-1,000 
                                          | 
                                         15.0-30.0 
                                          | 
                                       
                                       
                                         P Band 
                                          | 
                                         1,000- 300 
                                          | 
                                         30.0-100.0 
                                          | 
                                       
                                                                        
                                                                        
                       
                                                                 
                                                                        
                                                
                              
Такой набор длин волн "удобен" тем, что посредством сканирования одного и того же участка поверхности разными блоками можно получить о нем разнообразную, информацию, скажем, как о рельефе, так и о растительности. Иными словами, поглощение и отражение волн  - некоторая функция от их длин. "Снизу" длины используемых ограничены поглощением и рассеянием, о котором будет сказано ниже. "Сверху" диапазон длин волн ограничиваются по следующей причине: при разработке конкретной аппаратуры немаловажную роль играет возможность 
  получить хорошие направленные свойства антенны при заданных её параметрах. 
  Как известно, коэффициент усиления антенны равен 

     где S
A - геометрическая площадь раскрыва 
 антенны; ηs - коэффициент использования площади раскрыва.
     Таким образом, уменьшать λ целесообразно также и для увеличения G при
 заданных  габаритах антенны.
                                    
Ka Band, K Band, Ku band и X Band используются 
 для радиолокаторов, расположенных на воздушных радарных системах, но первые 
 три блока уже довольно редки.
     C Band и L Band используются для получения данных как с воздуха, так 
и  из  космоса, тогда как S Band применяется только для зондирования со спутников.
     P Band используется NASA для экспериментальных исследований.
     
Отражение от поверхности   
     В активной радиолокации Земли существенны два типа отражения: зеркальное 
  и диффузное. Зеркальное отражение возникает в том случае, когда линейные 
 размеры отражающей поверхности много больше длины волны, а сама поверхность 
 является гладкой (например, поверхность моря). Тут действует закон о равенстве 
 углов падения и отражения. Диффузное возникает тогда, когда линейные размеры 
 отражающей поверхности много больше длины волны, а высота неровностей сравнима 
 с ними. При диффузном отражении отражатель рассеивает падающую на него энергию 
 во всех направлениях. В отличие от зеркальной такую  поверхность иногда называют
  шероховатой. 

     На практике размеры неровностей у одной и той же поверхности могут иметь 
  широкий диапазон значений, поэтому реальные поверхности обычно дают смешанное 
  отражение, в котором есть и диффузная и зеркальная компоненты.
     Поверхность считается зеркальной, если  

     , и диффузной,  - если знак неравенства обратный (h – высота неровности, 
                              

      - угол между нормалью к поверхности и направлением излучения (угол
падения)   волны на поверхность).
     Если линейные размеры цели малы по сравнению с длиной волны, то мощность 
  отражённого сигнала для тел любой формы определяется формулой Релея 

     где ℓ - наибольший линейный размер цели; k - множитель, имеющий размерность
  Вт/см2.
     Уменьшение мощности вторичного излучения (отраженный сигнал),естественно, приведёт к резкому 
  уменьшению дальности обнаружения цели. 
     
Затухание волн   Единственным фактором, ограничивающим укорочение
 длины  волны, является затухание (поглощение и рассеяние) волн в атмосфере, которое в см- и мм- диапазонах 
  может оказаться значительным, особенно при плохих условиях погоды. Затухание 
  волн см- и мм-диапазонов в атмосфере, в основном, происходит за счёт поглощения 
  энергии этих волн молекулами кислорода, паров воды и других компонентов 
атмосферы.
     Для EM-волн рассеяние в атмосфере (молекулами газов, релеевское рассеяние) 
  также зависит от их длин, чем они короче, тем оно слабее.
     Влияние постоянного затухания  на максимальную дальность действия РЛС
 определяется  выражение: 

     , где:
     R’max – дальность действия РЛС с учетом затухания;
     Rmax – дальность действия РЛС без учета затухания;
     
a - коэффициент затухания, зависящий от длины волны и от интенсивности
  осадков или от водности облаков.
     
     Представим теперь Землю как проводящее полупространство. Из электродинамики 
  известно, что тогда величина скин-слоя – в нашем случае слоя земли, куда 
 все еще могут проникать EM-волны, пропорциональна 

      , где  

     - диэлектрическая проницаемость, 

      - магнитная проницаемость,  

      - проводимость земли участка Земли, 

       - частота излучаемых волн. Оценочно на частотах, используемых в радиозондировании 
  из космоса, проникновение электромагнитного поля в почву пренебрежимо мало. 
  Однако наземные РЛС успешно используются для нахождения пустот, металлических 
  предметов и воды, расположенных на глубине порядка метра.