8-11 (Оптико-электронные системы), страница 3

Рис.25.

На рис.25 представлена демонстрация возможности одностороннего преимущества при постановке М3, связанного с тем, что противнику не известна область спектра, где _0. Этот участок может быть использован для «скрытой» связи по аналогии с запасными частотами в радиосвязи. Представленный эффект достигается за счет оптимизированного подбора вещества частиц в М3, обладающих определенным комплексным показателем преломления n() и спектром размеров частиц N(r).

Ранее было отмечено, что такие газы ка СО₂, СО, СН₄ и ряд других представлены в атмосфере Земли практически в постоянной концентрации имеющей лишь незначительный (вековой) тренз. Вместе с тем в отдельных участках пространства в условиях, когда имеет место приземная инверсия температуры угарный газ СО может накапливаться и более существенно влиять на оптику атмосферы. Этот факт демонстрирует рис.26.

Рис.26

Типичная погодная ситуация накопления СО в приземной атмосфере – зима, инверсия температуры, наличие интенсивных источников угарного газа –автомобилей и отопительных систем. Причем из рис.26 следует, что увеличение концентрации СО коррелирует с аэрозольным помутнением воздуха, которое определяет величина метеорологической дальности видимости. Подчеркнем, однако, что приведенный пример имеет границы в пространстве и времени и мало заметен в глобальном распределении.

Наконец рис.27 позволяет сравнить (оценки специалистов США) модель, предлагаемую с учетом соотношения (22) (на рисунке – кривые ,  для возможных вариаций _). С принятой в США стилизованной моделью атмосферного аэрозоля (пунктир). Действительно модель аэрозоля, принятая в США входит в программу “Lowtran” и предлагает учитывать только такие состояния аэрозоля, как “сельский”, “городской”, “морской”, что не может быть адекватным отражением атмосферыс характерным для неё перемещением воздушных масс (V_ср50 км/час)

Рис.27

1. Пример оценки радиационных контрастов малоразмерных объектов по данным численного моделирования в области спектра 8-14 мкм.

Представленные сведения об объектах (фоне) и ослаблении излучения в атмосфере позволяют представить пример их применения в общей оценке контрастов малоразмерных объектов, под которыми будем понимать объекты мешающие пилотированию (ОМП) на низких высотах. ОЭС работает в области 8-18 мкм, т.е. является тепловизором.

Рассмотрим сначала метод расчета радиационных контрастов низкотемпературных препятствий на пригоризонтальных фонах Земли и атмосферы. При этом принимаем, что отражательные характеристики (альбедо ) и температура объектов и подстилающих поверхностей известны.

Нужно различать фон излучения подстилающей поверхности под зенитным углом наблюдения  и фон атмосферы, когда линия визирования не пересекает подстилающую поверхность, а проходит над ней на некоторой высоте Z_h при наблюдении с высоты Z_min.Спектральная яркость восходящего излучения Земли описывается излучением черного тела с температурой равной температуре подстилающей поверхности, причем коэффициент черноты =(1-)=0,8-0,99. В области спектра 8-14 мкм альбедо подстилающей поверхности  наиболее низко для песка (1-)=0,8 и близко к 1 для мокрых почв и водной подстилающей поверхности.

В области 8-13 мкм естественные препятствия имеют значение альбедо , изменяющееся в довольно широких пределах – от 0,5 до 0,05 /В таблице выше приведены значения коэффициента черноты для некоторых конструкционных материалов/.

Радиационный контраст объектов определяется по формуле (15) или аналогичной ей

, (30)

где I_об – интенсивность излучения от объекта, I_ф – интенсивность излучения фона. Однако для низкотемпературных объектов необходим учет излучения фонов, отраженных от объекта. Последние будут зависеть от направления визирования объекта, так как на горизонтально ориентированную площадку падает излучение с верхней полусферы (нисходящее излучение неба), а на вертикально ориентированную площадку падает излучение неба (из верхней полусферы) и излучение Земли. При тех же самых величинах альбедо отраженное объектом излучение фона для горизонтально ориентированной площадки всегда меньше, чем для вертикальной. Таким образом необходимо рассматриватьдва направления визирования – “в горизонт” (вертикальная площадка) и сверху (горизонтальная площадка).

Итак, для расчета радиационного контраста необходимо знать температуру объекта Т_об и фона Т_ф, которые, наряду с известными величинами _об и _ф позволяют расчитать яркость фона В_об=В(Т_об)_об и объекта В_ф=В(Т_ф)_ф на основе данных о яркости АЧТ В(Т_об) и В(Т_ф).

Введем далее следующее обозначение: - средняя интенсивность нисходящего (т.е. направленного сверху вниз) и восходящего излучений атмосферы как одной из составляющих фона. При этом расчет выполняется по формуле

(31)

Температура поверхности как препятствий, так и окружающего фона зависит от многих факторов - таких как положение Солнца на небосводе, замутненность атмосферы, наличие или отсутствие облачности, влажность атмосферы и почвы, скорость ветра и др. В связи с тем, что теплопроводность и теплоемкость объектов на естественных фонах. различаются, в условиях сильных солнечных засветок наблюдаются значительные перепады температуры объекта и имеет место достаточно высокий контраст при наблюдении Радиационные и температурные контрасты существенно снижаются приналичии облачности, сильной замутненности атмосферы. В этих ситуациях контрастность объектов определяется отличиями в величинах коэффициента черноты объектов.

Величины температурных контрастов определяются среднеинтегральной яркостной температурой объекта и фона

(32)

Если радиационная температура объекта больше радиационной температуры фонов, то наблюдается положительный температурный контраст. В противном случае – температурный контраст отрицательный. и относительного радиационного контраста по формуле приведенной выше. В дневных летних условиях разброс радиационных температур яркости естественных фонов очень велик от 15 до 50С, в связи с чем объекты могут иметь в зависимости от яркости фонов как положительные, так и отрицательные температурные контрасты, которые зависят от типа подстилающей поверхности (почва, асфальт, водная поверхность) и особенно от влажности почвы. Важно также учитывать наличие тени облаков. Только для влажной почвы (например, после обильных осадков) температурные контрасты объектов являются положительными. В ночных условиях радиационные контрасты объектов являются положительными. Большинство ОМП в сумерках приобретают заметность в основном за счет большей инерционности при радиационном выхолаживании. Большое значение приобретает здесь протяженность препятствий, от которых зависит теплоемкость ОМП и время радиационного остывания ОМП.

Наблюдение объектов препятствий всегда выгодно вести в зоне горизонта, так как рост температуры естественных фоновых ансамблей в этом случае часто приводит не к ухудшению видимости ОМП, а улучшению за счет подсветки их восходящим тепловым излучением естественных фонов.

Величины температурных контрастов объектов в различных атмосферных условиях визирования для визирования в “горизонт”

Величины температурных контрастов объектов в различных атмосферных условиях визирования для визирования в “надир”

1. Оптические материалы

В данном разделе дадим краткую информацию о материалах, которые используются разработчиками ОЭС.