Общая характеристика влияния атмосферы на оптические сигналы

Размещено на http://www.allbest.ru/

Калужский филиал МГТУ им. Н.Э. Баумана

Общая характеристика влияния атмосферы на оптические сигналы

УДК 621.391

М.Л. Прокофьев, e-mail: mp.prokofyev@gmail.com

А.К. Горбунов kf_mgtu_fiz@mail.ru

Калуга, 248000, Россия

Атмосфера представляет собой смесь газов, в которой взвешены твердые и жидкие частицы вещества -- от тонкого аэрозоля до плотных облаков со всеми возможными промежуточными стадиями.

При прохождении через атмосферу оптическое излучение взаимодействует с содержащимися в ней газами, частицами пыли, дыма, кристалликами льда, каплями воды и т. п. При этом процессы рассеяния и поглощения энергии уменьшают интенсивность солнечной радиации на поверхности Земли и меняют диапазон излучения. Поэтому для качественной интерпретации результатов дистанционных измерений необходим учет влияния атмосферы. Кроме вышеназванных процессов необходимо учитывать собственное излучение атмосферы и сравнительно быстрые изменения параметров приходящего излучения, вызванные турбулентностью атмосферы и приводящие к мерцанию, дрожанию и размытию изображений.

Взаимодействие излучения с атмосферой при дистанционном зондировании показано на рис.1.

Рис.1. Взаимодействие излучения с атмосферой при дистанционном зондировании

Яркость L_o6 от объекта исследования, представленного в виде элементарной площадки , характеризует собственное излучение объекта (составляющая яркости L'_o6) и отраженное им излучение (составляющая L''_o6) внешних источников, создающих в плоскости объекта некоторую освещенность E_o6. Эта освещенность, в свою очередь, при пассивном методе зондирования имеет составляющие за счет прямого солнечного излучения E_c, рассеянного солнечного излучения E_р и теплового излучения атмосферы в сторону объекта (противоизлучение атмосферы Е_а). Таким образом, L_o6= L'_o6 + L''_o6; E_o6 = E_c + E_р + E_а.

Излучение на пути от объекта исследования до приемной оптико-электронной системы ослабевает вследствие его поглощения и рассеяния атмосферой.

Это ослабление описывается законом Бугера, по которому наблюдаемая яркость излучателя, находящегося на расстоянии в ослабляющей излучение среде, определяется как

(1)

где L_oл - монохроматическая яркость излучателя; - монохроматический коэффициент (показатель) ослабления, зависящий от свойств среды распространения и длины волны излучения. В общем случае представляет собой сумму показателей истинного поглощения (или просто поглощения) и рассеяния :

.

Пропускание среды на длине волны л определяется как

.

Величину

,

называют спектральным поглощением среды.

В расчетах часто используют величину

,

называемую оптической толщиной (толщей) атмосферы. Трасса произвольного наклона имеет оптическую толщину

,

где - оптическая толщина вертикального столба атмосферы;

- оптическая масса атмосферы, как функция зенитного угла И.

Для зенитных углов И > 60є, когда атмосферу можно считать плоскопараллельной, .

Для больших зенитных углов эта зависимость имеет более сложный характер. зондирование атмосфера бугер

Процесс взаимодействия излучения с атмосферой приводит не только к ослаблению излучения в соответствии с формулой (1), но и к созданию фона, имеющего яркость L_лф. Составляющими этой яркости является яркость L_лд, обусловленная рассеянным излучением (яркость «дымки»), и яркость L_ла, обусловленная собственным излучением атмосферы в сторону приемной ОЭС.

Таким образом, измеряемая дистанционно яркость L_лн объекта исследования определяется как свойствами самого объекта, так и условиями его наблюдения, и состоянием атмосферы. Эту яркость можно представить как

(2)

где складывается из яркости собственного излучения и яркости отраженного излучения, создаваемого прямым и рассеянным солнечным излучением и противоизлучением атмосферы; - яркость излучения атмосферного фона в сторону приемной ОЭС. Поэтому выражение (2) можно записать в виде

.

Итак, для определения спектральной яркости излучения объекта, являющейся во многих случаях признаком его распознавания, необходимо знать оптические свойства атмосферы, характеризующиеся, в частности, пропусканием и яркостью создаваемого ею фона.

Список литературы

1. М.И. Апенко Прикладная оптика. М.: Машиностроение, 2008

Размещено на Allbest.ru