Якушенков Ю.Г. Теория и расчет оптико-электронных приборов (4-е изд., 1999) (1095908), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Некоторые значения а „приведены в табл. 4.2. Очевидно, что в ИК области спектра молекулярным рассеянием можно практически пренебречь, так как оно не вносит сколько-нибудь заметного вклада в уменьшение пропускания излучения. При работе в видимой и особенно в УФ области оптического спектра этот фактор необходимо учитывать. Таблица 4.2 Коэффициенты молекулярного рвссеяняя дяя $ 10 км Нужно отметить, что количественные характеристики аэрозоль- ного ослабления и молекулярного рассеяния при распространении излучения по горизонтальному пути отличаются от характеристик ослабления и рассеяния, наблюдаемых при распространении излучения по наклонным трассам. Достаточно строгих аналитических методов расчета для этого случая пока не существует, поэтому необходимо использовать результаты только экспериментальных исследований (которых, к сожалению, проведено весьма мало) или приближенные способы учета наклонного хода излучения (см.
б 14.3, а также [8, 15, 30]). В заключение следует указать, что решение задачи о затухании излучения в рассеивающей среде требует обязательного учета некоторых параметров излучателя и приемной оптической системы. Необходимо учитывать попадание в приемную систему не только ослабленного по закону Бугера прямого излучения, но и части рассеянного излучения. главе 4. Влияние среды распространения оптического излучения нв рвб рзп ту Для случая однократного рассеяния излучения от точечного источника в однородной и изотропной среде коэффициент пропускания т, можно рассчитывать по формуле [8] г, =ехр(-Т,][Хч-Т„Вя) (4. 5) Т вЂ” оптическая толща рассеивающей среды; Р— величина, зависящая от угловых апертур приемника и излучателя, а также от индикатрисы рассеяния частиц среды.
Важно отметить, что величинами) не зависит от расстояния межд У излучателем и приемником. Вычисления ее были проведены для самых различных условий. Полученные данные были сведены в таблицы и графики, с помощью которых, зная параметр Ми р „= 2ла,/Л и апертуру излучателя, можно найти значения В для апертурных углов приемной системы в интервале 0...6' [ 8]. Очевидно, что при распространении излучения через среду с Т„в несколько единиц регистрируемый сигнал будет отличаться от сигнала, рассчитанного по закону Бугера, в несколько раз.
Поэтому в таких случаях расчет следует вести по формуле (4.5). Результаты экспериментальных проверок (4.5) показали их хорошее совпадение с основными теоретическими результатами и лишний раз подтвердили необходимость учета параметров оптической системы при оценке рассеяния излучения.
Это особенно важно для случая крупных частиц, когда В может достигать значений 0,5...0,7. При атом для Т„, равных нескольким единицам, вклад в общий сигнал рассеянного излучения может превышать вклад прямого ослабленного потока в несколько раз. Формула однократного рассеяния в случае точечного источника справедлива при Т < 10. При узких или а коллимированных пучках границы применимости закона Бугера расширяются, но становится более заметным эффект многократного рассеяния. Помимо рассмотренных выше параметров среды, определяющих рассеяние, на практике используются и другие критерии, например метеорологическая дальность видимости в — расстояние, на котором контраст между источником определенного типа (мирой) и окружающим его фоном снижается до порога контрастной чувствительности глаза.
Величина вм характеризует метеорологическое состояние среды (ее мутность) и определяется как [п(Х увы ая Ю.Г. Якушенков. Теория и расчет оптико-электроннык приборов Глава 4 влияние среды распространения оптического излучения на работу ОЗП где ая — показатель рассеяния, е„— порог контрастной чувствительности приемника. Обычно для человеческого глаза принимают в„=0,02. При этом для 1=0,55 мкм зм = 3 91/пао и.
(4.6) В табл. 4.3 приведены международный код видимости и соответствующие зм значения а,. Таблица 4.3 Международный код видимости, метеорологическая дальность видимости ви и показатель рассеяния азвль Кодовый номер Погодные условия ив, -1 зм' м Если подставить аь из последнего выражения в формулу для коэффициента прозрачности, то получим тао,ьь = ехр(-ало,ьь 1) = ехр(-3,911/ вм) (4 7) Иногда для расчета а, в условиях, когда зм > 2 км, пользуются формулой ая =(3.91/цн)(Х/О,ББ) ', (4.8) где и,= О. 585 зи'л для плохих погодных условий (зм ~ 6 км); для средних метеоусловий п,= 1,3 и для хороших п,= 1,6. С вводом понятия а приведенное выше условие применимости формул однократного рассеяния Т„~ 10 выглядит как 1< 2,5 з „т.е. при ем = 10 км (дымка) эти формулы применимы для трасс не более 25 км, а при ам = 200 м (туман) — для 1 ь 500 м.
Для оценки рассеяния ультрафиолетового излучения в диапазоне 0,24...0,4 мкм можно воспользоваться эмпирической формулой 0 1 2 3 5 6 7 8 9 Плотный туман Густой туман Обычный туман Легкий туман Слабый туман Дымка Легкая дымка Ясно Очень ясно Совершенно ясно < 50 50...
200 200... 500 500...1000 1000...2000 2000...4000 10000 20000 50000 > 50000 > 78,2 78,2...19,6 19.6...7,82 7,82...3,91 3,91...1,96 1.96...0,954 0,391 0,196 0,078 < 0,078 0.538-Х ( 0,08 0,028зм (,Х-0,18/ где у„4, 34 а, — коэффициент затухания, км'; Х вЂ” длина волны излучения, мкм; зм — метеорологическая дальность видимости, км. Эта формула действительна при з в интервале 4...40 км.
Соотношения вида (4.7) и (4.8) позволяют вычислять коэффициент прозрачности т, для любой Х в пределах любого атмосферного окна. При атом поглощение не учитывается, и его вычисляют отдельно, независимо от рассеяния. Общее ослабление излучения после нахождения т, и т, определяют по формуле (4.2). 4.4. Флуктуации прозрачности атмосферы и их влияние на работу оптико-электронного прибора При распространении излучения в атмосфере наблюдается не только его ослабление, но и флуктуации его параметров (интенсивности, фазы, угла прихода и т.
д.), обусловленные турбулентными явлениями — колебаниями темп ературы, влажности, плотности воздуха, а следовательно, и его показателя преломления. В первом приближении зависимость показателя преломления воздуха от давления Р и температуры Т имеет вид: п=79 10 эР/Т+1, где Р в атмосферах, а Т в градусах Кельвина. В результате турбулентных движений в атмосфере создаются оптические неоднородности, размеры которых составляют от нескольких миллиметров до сотен и более метров, Флуктуации амплитуды и фазы волны в оптическом пучке приводят к изменению его структуры, расширению, флуктуациям направления пучка и интенсивности сигнала.
Для анализа влияния флуктуационных процессов на распространение излучения в атмосфере удобно воспользоваться структурными функциями, введенными А. Н. Колмогоровым. Для среды с показателем преломления п пространственная структурная функция, описывающая пространственную дисперсию его случайного распределения, определяется как Ю„(г)=~п(г ) — п(г,)] =[туп(г)~, где г = г -г, — расстояние между двумя точками случайного поля. Вид этой функции зависит от характера (модели) турбулентности.
Для ло- 79 С„'(да(г/1,)' О < г < 1о. С ги при 1о <т <ЦТ Р„(г) = г>1чт. -+ сияет 1з т„„= 0,058 зесз г]С~(Н)изгз(Н) г]Н и 80 81 Ю.Г. Якушенкоа. Теория и расчет оптнко-злектроннык приборов кально изотропной и однородной турбулентности (модель Колмогорова - Обухова) Здесь 1о и Ро — внутренний и внешний масштабы турбулентности (размеры наименьших и наибольших неоднородностей атмосферы); С вЂ” структурная постоянная турбулентности показателя преломлен ния, характеризующая влияние неоднородностей атмосферы на распространение оптического излучения.
Величины 1е и Рс зависят от высоты над землей. В приземном слое ( = 1...2мм н/ = 5...10м, анавысотеНони определяютсякак1р= (10 1 ~Н)на и Ро= (4Н), если 1, 1о и Н выражены в метрах . Значение С„зависит от времени суток, метеорологических условий, высоты над землей, В работе [27] приведены значения С„для случаев слабой (8 10 Я и ье), средней (4.10 а м из) и сильной (5 10'" млиз) турбулентности атмосферы, В той же работе даны выражения, определяющие зависимость С„от давления и температуры среды для различных длин волн излучения. Зависимость С„з от высоты Н в километрах можно определить как Сз(Н)=С„'(Н,)(Н/Н,) ~ ехр(Н/Н,) где Н,= 3,2 км — эффективная толща атмосферы; С„л(Н,) — значение С„л у поверхности Земли на высоте Но над уровнем моря. В работах [32, 36] приведены две модели, используемые для расчета С л(Н).
В первой модели атмосфера разбивается на несколько слоев, л 3 внутри каждого из которых С„принимается постоянной. Значения С„з на разных высотах Н следующие: при Н от 0 до 18,5 м — 8,4 10 'Я; от 18,5 до 110 и — 2,87.10'з/Нл; от 110 до 1500 м — 8,4 10'Я; от 1500 до 7200 м — 8,8 7 10'т/Нл; от 7200 до 20000 м — 2,0 10 те/Н Г~.
' Иногда, как показали специально проведенные исследования, значения Ьр могут составлять 20. 40 см. В рабе]е [34] приводится простая змпнрическая формула для расчета Ьр. 'Ьр(Н)= г-„— — — р), где высота Н и Ер выРажаются в метрах. лррр Глава 4. Влияние среды распространения оптического излучения на работу ОЭП Вторая модель (Хюфнагеля-Волли) предусматривает расчет С„з по формуле Сз (Н) = 5,94 10~ (ия/27)Нто ехр(- Н/1000)+ +2,7 10 'Яехр( — Н,'1500)+Аехр(-Н/100), где высотаН берется в метрах, средняя скорость ветра и на высоте Н в метрах в секунду, А = 1,7 10 те м ~т~.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
