Источники и приемники излучения - Ишанин Г.Г.
ISBN 5-7325-0164-9
Скачать (прямая ссылка):
54
:4з?с1:Ф
|--SS
Таким образом, если коэффициент пропускания атмосферой монохроматического потока излучения с учетом молекулярного рассеивания можно рассчитать достаточно точно, то коэффициенты пропускания потока с учетом аэрозольного и примесного рассеивания — практически невозможно. Для этого необходимо знать количество, форму, дисперсный и химический состав вещества рассеивающих частиц. Поэтому рассеивание потока излучения в окнах пропускания атмосферы учитывают на основании результатов экспериментальных исследований. Эти исследования показывают, что тр пропускания атмосферой монохроматического потока излучения с учетом молекулярного, аэрозольного и примесного рассеивания зависит от длины волны излучения и метеорологической дальности видимости /.
Метеорологическая дальность видимости характеризует замут-ненность атмосферы и представляет собой наибольшую дальность видимости днем темных предметов с угловыми размерами, большими 30', проектирующимися на фоне неба у горизонта (табл. 2.2).
На рис. 2.14 приведен график экспериментально определенных значений тр. 9 при различных X и /.
Для определения тр для реальной трассы и текущего значения количества осажденной воды используют следующее соотношение :
3 Я, мим
Рис. 2.14. Экспериментальные значения спектрального коэффициента рассеивания для трассы протяженностью 1830 м при (0=17 мм при разных значениях метеорологической дальности видимости (км):
/ — 1,5; 2 — 4,5; 3 — 6,1; 4 — 7,7, 5 - 10,2; 6 — 14,5; 7—16,0; 8 — 31,5; 9 — 64,0
(Тр. ^т/1-83. о,998_ (17'
ш)
Чтобы оценить поглощение атмосферой когерентного излучения лазеров, необходимо с высокой точностью знать положение линий В спектрах атмосферных газов, ибо ширина линии источника в •том случае мала. На рис. 2.15 приведен тонкий спектр молекулярного поглощения солнечного излучения, в диапазоне длин волн рубинового лазера (0,6934—0,6943 мкм). Там же дана шкала температур кристалла, обеспечивающая настройку лазера в спектральном интервале.
Особенностью использования лазеров в составе оптико-элек-тронных приборов является то, что при конструировании прибора, Предназначенного для работы в атмосфере, выбирают лазер с длиной волны, лежащей в окне прозрачности. В этом случае затухание Потока излучения почти полностью определяется рассеиванием.
55
Ркс. 2.!5. Спектр молекулярного поглощения солнечного излучения в диапазоне длин волн рубинового лазера и соответствующие значения температуры кристалла
Высокая монохроматичность излучения позволяет использовать
для расчетов закон Бугера—Беера
Фе = Фе0 ехр (—aLT),
где а — показатель затухания, км'1.
Показатель затухания связан с метеорологическими параметрами атмосферы, которые меняются во времени и пространстве. Обычно показатель затухания а определяют, учитывая его корреляцию с метеорологической дальностью видимости I.
Для чистой атмосферы, когда I > 10 км,
а [V = (к/0,55)~п, п = 0.585F3.
В условиях дымки и тумана показатель затухания определяется из табл. 2.3 и 2.4, где аг и аа — показатели затухания излучения с длиной волны 10,6 и 1,06 мкм соответственно, а а — водность в мг/м3.
Таблица 2.3
Зависимость показателя затухания от метеорологической дальности в условиях дымки
1, км «1. км"1 а*. км-1 2. км а„ км 1 а*. км-1
J 0 0,04 0,7 4—5 0,095 1,7
9—S0 0,043 0,78 3—4 0,13 2,3
8—9 0,048 0,87 2—3 0,193 3,5
7—8 0,055 0,9 1—2 3,4 !0
6—7 0,064 1,1 0,5—1 И 27
5-6 0,078 1,4 0,5 и 27
Таблица 2.4
Зависимость показателя затухания от метеорологической дальности I в условиях тумана
[, км ш*, мг/м* а». км-1 Ctgj КМ"”1
0,75 5 0,9 4,0
0,55 10 1,8 5,5
0,35 20 5,0 8,5
0.25 90 10,0 12,0
0,15 180 20,0 20,0
56
В случае дождя показатель затухания ориентировочно рассчитывают по формуле
а = 0,9дБ/км,
где J — интенсивность дождя, ыы/ч.
Так как радиус рассеивающих частиц много больше длины волны, то показатель затухания не зависит от длины волны излучения.
§ 2.3. Пропускание атмосферы в спектральных интервалах
В предыдущем параграфе достаточно подробно разобраны основные физические закономерности, определяющие спектральные коэффициенты поглощения атмосферы, и методы их расчета для конкретных условий. Может показаться, что эти же расчетные приемы пригодны и для определения поглощения (пропускания) в относительно широких спектральных интервалах. Однако большая сложность спектральной характеристики пропускания атмосферы при непостоянстве ее компонент затрудняет интегральное Осреднение пропускания в заданной полосе. Кроме того, ряд особенностей поглощения излучения в полосе делает этот метод расчета неприемлемым.
По определению, поглощение излучения А — •то отношение поглощенного потока к падающему. Тогда поглощение в спектральном интервале ЛЯ есть Сумма поглощений отдельных линий, если их крылья не перекрываются, отнесенные к потоку в этом интервале. Это справедливо При сравнительно низких давлениях и на коротких трассах. По Мере увеличения длины трассы относительная величина потока В полосе поглощения уменьшается. В результате, начиная с како-Ро-то расстояния поток будет уменьшаться только за счет крыльев полос поглощения. В связи с этим поглощение в конечном спектральном интервале изменяется по закону, весьма отличному от •кспоненциального.
