Источники и приёмники Излучения, страница 14

Прополосы поглопгеяия пусканиЕ на реальной дальности полу- 6! Таблица 2,6 Характернстнчеснне коэффнцяенты для расчета поглощенна «слабой» полосы воды Гр«нндм полос 1'р«нисм пол«с Середке« ослссм, мам с ! о 1 эат атн см"' Мс т, см ' ~ Л, мкм сг Лт, см-' Л, мнм т. см-' 1 92 — 2 ,! 2,64 — 2,87 4,00 — 4,63 12,5 — 18,2 450 320 340 2«0 5200 †47 3800 — 3480 2500 †21 800 — 550 114 68 31Д 47 Ъ 7,0 бб Таблица 2.7 Характеристические коэффкцненты для расчета поглощенна воды в «скльной> полосе О,ц Середина но«оси. мнм 1,38 1,87 2,8 6,3 5900 — 4800 4400 — 3340 2050 — !! 50 1,70 — 2,08 2,30 — 3.00 4,90 — 8,7 246 218 334 302 150 157 д,з Табл ица 2.8 характеристические коэффнцнеаты для расчета поглощеняя со, в «слабой» полосе 07 Середин полоса.

мкм 0,94 1,1 1,38 1,87 2,7 3,2 6,3 1,4 1,6 2,0 2,7 4,3 4,8 5,2 15.0 11 500 — 10 200 9 300 — 8 300 8 000 — 6 500 Б 900 — 4 800 4 400 — 3 340 3 340 — 2 800 2 050 — 1!БО 7250 — 6650 6550 — 6000 5200 — 4750 3800 — 3480 2500 — 2! 60 2!60 †19 1980 †18 800 †5 0,87 — 0,98 1,075 †,24 1,25 — 1,54 1,70 — 2,08 2,30 — 3,00 3,00 — 3.575 4,90 — 8,7 1,38 — 1,5 1,52 в 1,67 1,92 — 2.! 2,64 — 2,87 4,0-4,63 4,6З вЂ” 5,05 5,05 — 5.35 18,2 — ! 2,5 1300 1000 1500 1100 1060 540 900 600 550 450 320 340 180 110 250 38 3! 163 152 316 40,2 356 0,058 0,063 0,492 3,15 0,12 0,024 3,16 0,27 0,3 0,3 0,32 0,3 0,3 0,41 0,38 0,39 0,43 0,37 0,4 0,44 200 200 350 275 200 500 160 80 80 80 50 50 60 30 50 Таблица 23 Харакгернстнчсскнс коэффнцнснты ллн расчесов поглощенна СО« в «сальной» полосе — 536 138 — 137 77 27,5 ! 34 — 68 ~ 55 2,2 Х ! г 7,7,5 3,7 гя 27Х,ням Рис. 2.18.

Пропусканне атмосферы в днэпаэонс 2,8- 4.2 мкм. 1 — тр««с« 3ОО м, м:= Э,11 см. 2 . «»«с«« 5.5 «м, м ; †, 1 37 сн; 2— тр«сс«13,7 «м. м = 5,2 см б Ц,З Ф„б 4,7 ц,з 51 5Ю бра,нлн Рнс.,2.!9. Пропусканне атмосферы в днапээоне 4,3 — 5,6 мкм: 1 — «расс« 300 м, м о,!1 см; 2 — трвсс«5,3 нн, н = 1,37 см; 2 — трвссв 13,1 нм„м = 5,2 см чают на основании спектрозонального представления закона Бугера — Беера тдх -- схр 1аалЕт), ГДе пал — логаРифлгический спектРозональный показатель поглощения, определенный иа дистанции, максимально прнбл1иженной и расчетным условиям. г Ч,О Ц8 0,77 аг 0 Рис. 2.Ю. Пропускаиие атмос43ерм и диапазоне 6,5 — 14 мкм: 1 — трасса 300 м, и = 0,11 см; 2 — трасса 6,3 км, и 1,37 см; 3 — трасса !3.7 км, и = 6,2 см При этом спектральный интервал осреднения выбирают достаточно малым — не более 0,1 — 0,2 мкм.

Если обозначить спектрозональное пропускание слоя атмосферы ~.0 при конкретных условиях теа ы, то на основании вышесказанного можно показать, что пропускание на расчетной дальности будет = (т 3 ) т1 а. (2.18) Используя выражение (2.18), по вышеприведенной методике можно получить значение эффективной яркости источника для конкретного приемника с учетом пропускания атмосферы.

В тех случаях, когда нет подходящих характеристик пропускания, в качестве нормализованных характеристик стандартной атмосферы можно воспользоваться таблицами спектрозонального пропускания воды и углекислого газа с поправкой на рассеивание с учетом ожидаемого значения метеорологической дальности видения. Как и в предыдущих случаях, наиболее удобна табличная форма проведения расчетов и представлении результатов. Прежде всего определяют рабочий спектральный интервал как интервал, на котором спектральная характеристика приемника с учетом оптической системы имеет существенно не нулевое значение.

Проводят спектрозональное разбиение рабочего интервала. Далее на основании технического задания определяют эквивалентные дальность Ь, н водность 01 на основании формул, приведенных в 22.2. Из таблиц находят наиболее близкие параметры по дальности и водности и выписывают пропускание компонент ноРмализованной атмосфеРы. Затем, знаи отношение Ер/30, используя соотношение (2.18), корректируют пропускаиие атмосферы для расчетных условий. Используя заданное значение метеорологической дальновидности, на основании зависимостей рис. 2.14 находим спектрозональное значение коэффициента рассеивания.

Последующая методика расчета не отличается от расчета по методу Эльдера — Стронга, При наклонных трассах вследствие непрерывного изменения высоты О непрерывно изменяются и условия распространения Не=1.3!па, где ь изменяется от 0 до Е,. Учитывая это, можно ааписать выражение для водности элементарного участка наклонной трассы бта = ан' йь = 1Оза0~10-а 23 " ", Р где Е измеряется в километрах; а — абсолютная влажность насыщенных паров на уровне моря. Проинтегрировав данное выражение, можно найти водность всей наклонной трассы х, 0 = 106 а(10 ~,2331нопа !6'ос71яе (1 10 — азата! а) 0,2зша 2 1у1 п) оа! (1 10 — 0.307 а1ам) 303 а (2.19) Если проанализировать выражение для водности элементарного участка с учетом (2.!9), то получим важный в практическом отношении вывод, что при вертикальной трассе (а = 90') сквозь атмосферу (1,, -и оо) водность ее будет соответствовать горизонтальной трассе длиной 2,171 км.

Если же необходимо получить более точные значения пропускания атмосферы в наклонных трассах, необходимо вести расчет, основываясь на методе Говарда — Берга — Вильямса, с учетом влияния изменения высоты трассы. С увеличением высоты трассы изменяются давление и температура воздуха, в результате уменьшается абсолютная концентрация вещества и сужаются спектральные линии поглощения. Прозрачность атмосферы увеличивается. Эти процессы не имеют достаточно точного аналитического описания, поэтому общеупотребительным методом является м е т о д разбиения всей трассы на участки срасчетом 3 г. г.

имании и др. 65 излучения, При увеличении высоты также непрерывно изменяются температура, давление и влажность. Изменение давления, в свою очередь, приводит к изменению абсолютной концентрации СО, в единице объема. Все эти вариации значительно усложняют расчет пропускания на наклонных трассах. В 2 2.2 отмечалось, что на основе экспериментальных данных получена аналитическая зависимость абсолютной влажности атмосферы от высоты (2.8). В тех случаях, когда поглощение излучения определяется парами воды, как в методе Эльдера — Стронга, пропускание можно рассчитать относительно просто.

Пусть трасса начинается от уровни моря и наклонена под углом а к горизонту. Наклонная длина трассы — 1.„тогда текущая высота слоев атмосферы, которые она пересекает, будет пропускания на них как на горизонтальных, поднятых на высоту НР Спектральное пропускание всей трассы находим как В ~ 2.2 уже отмечалось, что пропускание горизонтальной трассы на заданной высоте можно рассчитывать с переходом от реальной длины трассы на заданной высоте г',, к эквивалентному значению Ь, по формуле (2.10).

Табл. 2.1 может при этом использоваться не только для нахождения коэффициента приведения 1(Р,)Ра)~ ), но и для разбиения трассы на эквивалентные участки. Геометрическую длину отдельных участков можно найти из выражения Е„! — — (Ни, — Н,!)/з!а ц, где Н„, и Н„, — значение высот начала и конца участка разбиения, за исключением конечного участка, для которого Н„, = Н После этого, используя средние значения коэффициентов приведения относительно Н„! и Ниь получим эквивалентные значения протяженности участков Е„о Дальнейший расчет ведется по уже рассмотренной методике.

$ 2.4. Прохождение и рассеивание излучения в оптических системах Оптические системы в составе оптико-электронных приборов выполняют самые разнообразные функции. Однако независимо от того, собирается ли излучение в пределах заданного апертурного или полевого угла, производится ли разделение потоков или же, наоборот, совмещение оптических каналов, осуществляется спектральная или пространственная селекция, всегда происходит поглощение или рассеивание потока излучения оптическим трактом.

Условия распространения излучения в оптической системе оптико-электронного прибора существенно отличаются от условий распространения излучения в атмосфере. Детерминизм оптических характеристик отдельных компонент позволяет с хорошей достоверностью рассчитывать пропускание системы в целом. Однако большая сложность структуры, наличие скачков показателя преломления среды распространения излучения, влияние технологических и конструктивных факторов зачастую усложняют расчет пропускания излучения оптической системой. Если материал оптической детали выбран в соответствии с рабочим спектральным интервалом, то поглощение относительно невелико.

Тем не менее в зависимости от качества стекла п о г л ощ е н н е изменяется в широких пределах. Как правило, остаточное поглощение стекла неселективно, и это позволяет использовать 66 Рл.% ),а 0,0 0,0 700 т00 700 )000 л, Рис. 2.2!. Спектральная характеристика коэффициента отражения пленки алюминия на стеклянной подлож- ке (!И) в качестве нормируемого параметра его показатель ослабления для источника типа А. Стандартом установлены восемь категорий качества.

В полосе прозрачности пропускание оптической детали с учетом поглощения излучения можно найти из выражения к = ехр ( — ел1), где зл и 1 — показатель поглощения стекла данной категории качества и длина пути излучения в нем. Чтобы определить пропусканне вблизи границы рабочего спектрального интервала стекла конкретной марки„необходимо воспользоваться характеристиками, приведенными в каталогах, используя расчетную методику, аналогичную методу стандартных атмосфер. В оптических схемах оптико-электронных приборов, особенно для работы в ИК-диапазоне, широко используют зеркальные компоненты: зеркальные объективы, конденсоры, плоские зеркала и т.

д. Как правило, эти зеркала получают нанесением отражающего покрытия на обработанную по заданному профилю стеклянную подложку. Отражающие покрытия выполняют в основном трех типов: интерференционные на основе диэлектрических слоев, металлические на основе тонких слоев различных металлов и металл-диэлектрические. Интерференционные зеркала, использующиеся преимущественно для ОЭП с лазерами, имеют высокий коэффицент отражения в узком спектральном интервале.

Благодаря прозрачности в остальной части спектра они могут использоваться как спектроделители. Вопросы проектирования и их характеристики отражены в специальной литературе. Значительно чаще используют металлические и металл-диэлектрические зеркала. Наиболее употребительны в оптико-электронных приборах системы зеркал на основе А1, Сп и Ап. Зеркала на основе А! просты в изготовлении, дешевы, обладают хорошими характеристиками и применяются в диапазоне от ультрафиолетовой до инфракрасной области спектра.