什么是随机介质?

[拼音]：suiji jiezhi

[外文]：random medium

在时间和空间上特性随机变化的电波传播媒介。它由统计特性表征。随机介质与许多实际问题关系密切，如对流层湍流、电离层不规则性对无线电波的散射、大气中各种水汽凝结物对毫米波和微波传播的影响、无线电星闪烁现象、卫星通信中的闪烁和遥感等，都与随机介质特性有关。

随机介质大致可分成三种类型。

（1）离散随机介质：由许多随机分布的离散质点构成，如水汽凝结物（雨、雾、雪、冰雹等）、烟雾、灰尘、海洋中的质点、红血球细胞，以及各种聚合体和处在布朗运动状态的其他一些质点等。对于这种随机介质，除质点的介电特性外，质点的形状特征、取向和大小分布等，都是重要的统计量。

（2）连续随机介质：其介电特性即介电常数ε(r，t)或折射指数n(r，t)在空间和时间上连续地随机变化，如对流层中的湍流、电离层中的湍流、海洋中的湍流和喷气发动机排出的气体等。在湍流介质中，由于湍流单元与周围介质在温度、压强、湿度或电子密度上有差别，因而在折射指数上也有差别。电波通过这种介质时产生散射，如对流层散射、电离层散射等。折射指数在时间和空间上的随机变化，造成散射波的相位、幅度和到达角的起伏。湍流的强弱用折射指数起伏强度（折射指数的方差）


表征。若在时间和空间(四维空间)中的两点，折散指数对平均值的起伏分别为墹n(r1，t1)和墹n(r2，t2)，则其乘积的平均值


称折射起伏的相关函数。它是湍流介质中波传播的基本参数。通过相关函数的傅里叶变换，可得到折射指数起伏的空间谱密度。若随机介质的折射指数为非平稳随机过程，则用结构函数


代替折射指数起伏的相关函数比较方便。同样，对局部均匀各向同性的随机介质，也可用结构函数


描述其特征，它类似于相关函数，由结构函数也可得到其相应的谱密度。

（3）随机粗糙表面：如各种起伏的地面、海面和行星表面、植被表面和不同生物介质的界面等。这种随机介质的特性除了包括介电特性外，还与介质表面的随机粗糙程度（相对于波长）有关。电波入射到这种介质表面时，除了在一特定方向反射电波外，还在各个方向散射电波。散射波与入射波的到达方向和极化有关。

波在随机介质中传播时，所发生的随机散射场以复杂的方式互相干涉，使合成场的振幅和相位也随机变化。因此，必须研究波的统计特性，如散射波功率中值、散射场的时间和空间相关函数或其相应的谱密度，以及散射场幅度和相位乃至其导数的概率分布等。

对于离散随机介质，当散射体分布比较稀疏时，可用单体散射理论（略去散射体之间的相互作用，不考虑多重散射）或一阶多重散射理论，并考虑散射体的尺寸分布，从而获得总的散射场；或者用能量的输运理论求解散射问题。若散射体较浓密时，则须考虑散射体之间的相互作用，利用较高精度的多重散射理论求解。处理连续随机介质中的传播问题时，首先要获得折射指数起伏的相关函数或结构函数或其相应的空间谱密度，再求解散射截面。电波传播研究通常遇到的是弱起伏随机介质，其中折射指数或介电常数的随机部分比其平均值小得多。