Инфракрасные системы «смотрящего» типа

ОСЛАБЛЕНИЕ ОПТИЧЕСКИХ СИГНАЛОВ В АТМОСФЕРЕ

Общее ослабление излучения в атмосфере обусловлено двумя основными процессами:

- поглощением газовыми компонентами, в результате которого происходит преоб­разование энергии излучения в другие ее виды;

- молекулярным и аэрозольным ослаблением, или рассеянием энергии излучения.

Поглощение вызвано наличием в атмосфере ряда веществ (воды, углекислого газа,

Озона и др.), спектральные полосы поглощения которых расположены в оптической области. Рассеяние энергии излучения на частицах, из которых состоит среда, вызывает отклонение потока от первоначального направления и может сопровождаться поглоще­нием энергии веществом этих частиц.

При работе в ИК-диапазоне часто следует учитывать собственное излучение атмо­сферы, т. е. излучение составляющих атмосферу газов и частиц, описываемое законом Кирхгофа и наряду с рассеянным излучением снижающее попавший в угловое поле ИКС контраст изображения наблюдаемого источника. При этом возможно также воз­никновение новых помех.

Часто необходимо учитывать случайные изменения оптических свойств атмосферы. К ним, в первую очередь, относятся флуктуации фазы световой волны вследствие флуктуаций показателя преломления атмосферы. Их влияние проявляется в мерцании (случайном изменении яркости наблюдаемого источника), дрожании (случайном изме­нении пространственного положения изображения наблюдаемого источника) и размы­тии изображения. Кроме того, возможны и другие явления, связанные с неоднородно­стью атмосферы, например рефракция, изменения плотности потока по сечению пучка. Иногда при большой мощности и короткой длительности оптического сигнала возни­кают нелинейные эффекты.

Для излучения с длиной волны X общее ослабление в оптически однородной среде с учетом ряда допущений [24] описывается экспоненциальным законом Бугера (Бира, Ламберта):

H = hx exp(-aj)= 1охх'лх = /0ХтеХ,

Где 1ц - сила излучения, прошедшего путь /; /0х - сила излучения в начале трассы; ах - показатель ослабления; tcix = exp (-ax) - коэффициент прозрачности среды, или прозрач­ность, для I - 1 км; тсх = т'а - коэффициент пропускания среды на трассе длиной I км.

Величину Гх = a1 называют оптической толщей среды. В более общем случае - при изменяющемся по трассе показателе ослабления ах

I

К = ■

О

Для наклонных трасс распространения излучения при зенитных углах 0 < 80°, когда атмосферу можно считать плоскопараллельной,

Тхе = Т/о secG,

Где Тю - оптическая толща вертикального столба атмосферы.

С учетом двух основных факторов ослабления - поглощения и рассеяния - выраже­ние для тсх можно представить как

Тех = т(Х) = тп(Х)тг(Х), (3.1)

Где т„(Х.) = exp[-fcn (X)/]; та(А,) = ехр[-аа(А,)/]; &П(Л) - спектральный монохроматический коэффициент поглощения; аа(Л,) - спектральный монохроматический коэффициент аэ­розольного ослабления (показатель рассеяния).

Таким образом, для определения общего пропускания атмосферы достаточно найти значения коэффициентов кп и аа при рассматриваемых метеоусловиях.

Иногда для оценки ослабления излучения пользуются понятием затухания, которое определяется в децибелах на километр:

Ух = 10 ax lg е = 4,34 ах.

В [24,25, 51, 151 и др.] приводятся таблицы распределения основных поглощающих и рассеивающих компонентов атмосферы, а также температуры и давления в зависимо­сти от высоты над уровнем моря для различных климатических поясов (тропики, сред­ние широты летом, высокие широты зимой и т. д.), образующие модель атмосферы, ис­пользуемую для расчета ее оптических свойств.