Мишура Т.П., Платонов О.Ю. Проектирование лазерных систем (2006) (1095921), страница 6
Текст из файла (страница 6)
Тогда из (2.5) находим, что для λ = 0,5 мкм ρкор ≈ 10 см, λ ≈ 10,3 мкм ρкор ≈ 390 см.При использовании длины волны λ = 10,6 мкм и угле возвышения, равном 45° для космических систем, затухание на всю толщинуатмосферы составит от 3 до 9 дБ в условиях ясной погоды. Наличиеоблачности приведет к увеличению затухания волн в атмосфере. Величины затухания для λ = 10,6 мкм приведены в табл. 1.1.Потери излучения при прохождении через атмосферу до объектаи обратно могут быть вычислены по следующей формуле:J = J0e −2σR,(2.6)где σ = σ0 + σR + σм; σ0 — коэффициент поглощения; σR — коэффициент рассеяния Рэлея; σм — коэффициент аэрозольного рассеяния.26Таблица 1.1.
Данные по затуханию в условиях облачностиФорма облакаСредняя высота, км Средняя толщина, мВысококучевоеСлоистокучевоеЗатухание, дБ419517,11,5–235030,7Слоистодождевое159017,2Kучевое2670231,9Грозовое22100108,2Слоистое0,5–150032,4551030,1ВысокослоистоеПотери при распространении на горизонтальной трассе на уровнеморя могут быть вычислены по следующей эмпирической формуле:⎡ −7,82 ⎛ λ ⎞−q ⎤σ∑ = exp ⎢⎜⎟ R ⎥,⎣⎢ V ⎝ 0,55 ⎠⎦⎥(2.7)где V — видимость, км; R — дальность действия, км; λ — длина волны, мкм.Величина q зависит от размера и распределения рассеивающихчастиц, а также от видимости, и может достигать 1,6 при очень хорошей видимости, 1,3 — при средней и 0,585V1/3 — при видимостименьше 6 км. Для наклонных трасс и больших высот условия передачи улучшаются (рис.
2.4)В табл. 1.2 представлены величина удельного пропускания атмосферы и метеорологическая дальность видимости, а также величина балла по коду.TÊ110–110–210–310–410–53ÃÅРис. 2.4. Коэффициенты передачи для наклонных трасс и больших высот:1 — над уровнем моря; 2 — 300м; 3 — 1500 м; 4 — 3000 м27Таблица 1.2. Пропускание атмосферы и дальность видимостиБалл по кодуУдельноепропускание, км–1Метеорологическаядальностьвидимости Rм, кмТуман:очень сильныйсильныйзаметныйслабый0123Менее 10–3410–34–10–8,510–8,5–10–3,410–3,4–2 × 10–2Менее 0,050,05–0,20,2–0,50,5–1Дымка:очень сильнаясильнаязаметнаяслабая45670,02–0,140,14–0,380,38–0,680,68–0,821–22–44–1010–20Хорошая видимость80,82–0,9220–50Отличная видимость90,92 и более50 и болееСостояние атмосферы(видимость)Под метеорологической дальностью видимости Rм принято понимать предельную дальность видимости темных предметов с угловымразмером 0,5° стандартным наблюдателем (с пороговой контрастнойчувствительностью глаза наблюдателя Vmin = 0,02) в дневное времяна фоне неба.Как показали проведенные исследования, дальность распространения оптического излучения в морской воде определяется в основном поглощением растворенных в ней веществ и рассеянием на взвешенных частицах.
В некоторых пробах воды преобладало поглощение, в некоторых — рассеяние. Одновременно было установлено, чтовода, подобно атмосфере, обладает различной спектральной прозрачностью. Экспериментально было установлено, что оптическое излучение в красной части спектра (что соответствует излучению рубинового лазера) более сильно поглощается морской водой, в то времякак синезеленая часть спектра поглощается меньше и поэтому распространяется в морской воде на значительные расстояния. Отсюдаследует вывод, что для применения в задачах связи и обнаруженияподводных объектов целесообразно использовать такие частоты, которые лежали бы в синезеленой части спектра.283.
РАССЕИВАЮЩИЕ СВОЙСТВА ЦЕЛЕЙИ ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРАЖЕННЫХ СИГНАЛОВВ ОПТИЧЕСКОМ ДИАПАЗОНЕ3.1. Эффективная площадь рассеяния типовых целейПри оценке отражающих свойств целей в оптическом диапазонепрактически во всех случаях можно пользоваться методами геометрической оптики, так как их размеры обычно значительно большедлины волны.
В оптическом диапазоне так же, как и в радиодиапазоне, можно выделить три случая рассеяния объектом падающей нанего волны:1. Зеркальное рассеяние — средние размеры шероховатостей намного меньше длины волны.2. Диффузионное рассеяние — средние размеры шероховатостейсоизмеримы с длиной волны.3. Средние размеры шероховатостей много больше длины волны.Как видно из приведенных выше случаев рассеяния, в качествекритерия выступает средняя высота шероховатостей. Данная величина оценивается так же, как и в радиолокации, согласно критериюРэлеяλh < sin(φ),(3.1)8где λ — длина волны; h — высота шероховатости; φ — угол падения.Отсюда следует, что поверхность или объект обладают свойствамигладкости, если h/λ → 0 или φ → 0. При проектировании оптическойсистемы необходимо помнить об этом, так как даже при значительных h/λ, но очень пологом угле падения, поверхность обладает свойствами гладкой, удовлетворяющей условиям зеркального отражения.Поскольку длина волны оптического излучения мала по сравнениюс длинами волн радиодиапазона, то в чистом виде в природе зеркального отражающих поверхностей, не существует.
Данный вид отраженияиспользуется для создания искусственных отражателей. Поэтому рассмотрение рассеивающих свойств начнем с диффузного рассеяния.Будем полагать, что элемент поверхности тела dS освещен равномерно и отражает световой поток диффузно по закону Ламберта, который устанавливает зависимость изменения силы света излучающейили рассеивающей поверхности от направления, в котором производится наблюдение. При этом сила света в направлении, составляющем угол φ с нормалью к поверхности (угол падения), Iφ = I0 cos(φ),где I0 — сила света в направлении к поверхности (φ = 0). Иначе гово29ря, сила света, наблюдаемая в нормальном направлении, максимальна, а в направлении касательной к поверхности равна нулю.
Яркостьплощадки S в направлении φ равна B = Iφ/S cos(φ) = I0/S, т. е. не зависит от направления. Яркость характеризует величину световогопотока, излучаемого (рассеиваемого) с единицы поверхности, видимой из точки наблюдения, в заданном направлении.Существуют рассеивающие поверхности, энергетическая яркостькоторых постоянна для всех направлений, т. е.
не зависит от направления наблюдения. Такие поверхности называют идеально рассеивающими поверхностями Ламберта. Используя закон Ламберта, можно записать следующее выражение для элемента плотности потокамощности сигнала, падающего на приемное устройство оптическойлокационной системы:dП2 = kП1 (πR 2 )−1 (nr1 )(r2n)dS,(3.2)где П1 — плотность потока мощности сигнала, падающего на рассеивающий объект; R — расстояние между элементом рассеивающейповерхности dS и приемным устройством; r1 — вектор, направленный на встречу падающему потоку; r2 — вектор, направленный вдольлинии наблюдения; k – коэффициент диффузного отражения.Выражение (3.2) записано с учетом того, что падающий световойпоток параллельный, и освещенность элемента dS постоянна.Плотность потока мощности сигнала, падающего на приемнуюоптическую антенну, можно определить по следующему выражению:П2 = kП1 (πR 2 ) −1 ∫∫ (nr1 )(r2n)dS.(3.3)SФормула (3.3) справедлива как для однопозиционной, так и длядвухпозиционной локации.
В двухпозиционном случае векторы r1и r2 не совпадают по направлению, и область интегрирования S представляет зону пересечения освещенной части тела и части тела, которая видна из точки наблюдения. В однопозиционном случае обе области совпадают.В качестве примера найдем величину ЭПР шара, радиусом rш, который рассеивает по закону Ламберта. Будем полагать, что шар освещенравномерно, причем световой поток падает вдоль оси z. Это направление определяется тремя направляющими косинусами (рис. 3.1, а):Ux1 = 0, Uy1 = 0, Uz1 = 1, а направление наблюдения (вектор r2) — направляющими косинусами Ux2 = sinβ, Uy2 = 0, Uz2 = cosβ. Нормальк элементу сферы имеет направляющие косинусы Uxn = cosξ cosα, Uyn == sinξ, Uzn = cosξ sinα.30ºу¹φ1rшr1PBOП2φ2AAEXBr2YXBAП1Y[B¨¹½¹×ÒÁÂÈÇËÇÃ[Рис.
3.1. Вычисление ЭПР шара: а — система координат; б — пределыинтегрирования (случай двухпозиционной локации)Размер элемента сферической поверхности dS в сферической системе координат определяется выражением2dS = rшcos(ξ)dξdα.(3.4)Подставляя формулу (3.4) в выражение (3.3), получаемП2 = kП1rш2 ( πR 2 ) −1α=( π−β) ξ=π /2∫α=0∫(nr1 )(nr2 )cos(ξ)dξdα,(3.5)ξ=−π /2гдеnr1 = Ux1Uxn + Uy1Uyn + Uz1Uzn = cos ξ sin α;nr2 = Ux2Uxn + Uy2Uyn + Uz2Uzn = cos ξ cos α sin β + cos ξ sin α cosβ.Интегрирование осуществляется по всей области возможного рассеяния (рис. 3.1, б).
Используя выражение (3.5), можно показать,что в двухпозиционном случае плотность потока мощностиП2 = 2П1rш2 k(3πR 2 ) −1 [ sin β = (π −β)cos β].(3.6)В однопозиционном случае (при β = 0) получаемП2 = 2kП1rш2 /3R 2.Следовательно, эффективная площадь рассеяния шара в оптическом диапазоне будет31σц = 4πR 2П2= 2,6(6)kπrш2 .П1(3.7)Сопоставление уравнения (3.7) с выражением, которое определяет эффективную площадь рассеяния шара в радиодиапазоне, показывает, что они отличаются коэффициентом 2,6(6) k.В качестве второго примера рассмотрим диффузионное отражениеот плоского диска.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
