10000
2,3
7,1
22,4
70,7
10
31,6
100,0
316
Флуктуации луча за счет вариаций показателя преломления принято описывать с помощью структурной функции Fn(r), которая является корреляционной функцией, определяющей разности показателей преломления m(x+r)– m(x), где r характеризует радиус (масштаб) флуктуаций. В соответствии с теорией В.И. Татарского
(28)
для среды с масштабом флуктуаций
(-max, -min границы размеров флуктуаций).
Коэффициент Сn – структурная постоянная показателя преломления. Если Сn=0 имеет местооднородная среда, перемещение всех её точек происходит с одинаковой скоростью.
При Сn =8×10-9 м-1/3 –имеем слабую (=1,2 см, =10 м)
Сn =4×10-8 м-1/3 – среднюю и
Сn =5×10-7 м-1/3 – сильную турбулентность =0,3 см, =1 м
Сдвиг луча характеризуется дисперсией или среднеквадратическим отклонением
(29)
Флуктуации луча приводят к расплыванию пучка на 2sr и угловой ошибке . Спектр частот флуктуации лежит в пределах 0,03 Гц…20 Гц.
В заключение иллюстрируем представленные выше сведения.
Рис.23 дает представление о пространственно-временных изменениях показателя al в пыледымовых облаках различного происхождения. В частности на рис.23(а) даны поперечные разрезы a(L) облака маскирующей аэрозольной завесы (МЗ). На рис.23 (б) показан эффект изменения спектра размеров частиц при удалении от оси шлейфа МЗ.
На рис. 23 (в) приведены частотные спектры вариаций показателя al (см. рис.23(г)) в МЗ, создаваемых генераторами различных конструкций (1…6).
Рис. 24 иллюстрирует спектральный ход оптической плотности ряда известных дымообразующих составов, используемых для создания МЗ
(L3 –геометрическая ширина МЗ)/
Рис.23
Б
В
Г
сек
продолжение рис. 23
(фрагменты Б,В,Г)
Наконец таблица ниже иллюстрирует эмпирическую модель спектральных показателей аэрозольного ослабления a(l), в которой указаны параметры для расчета и дана характеристика соответствующих метеорологических условий.
Таблица
Модель спектральных показателей аэрозольного ослабления
Морфологическое обозначение типа оптической погоды
Синоптическая ситуация
Температура воздуха °С
Относительная влажность, %
SM,
Км
n0
n1
n2
1
2
3
4
5
6
7
8
Дымка
Дымка
Дымка
Дымка
Туманная дымка
Дымка
Дымка
Туманная дымка
Дымка
Ледяной туман
Антициклоны нетропических широт
Антициклоны субтропических широт
Квазистационарные антициклоны (гребни) внетропических широт
(-20)(+20)
(-12)(+25)
(-12)(+25)
(-12)(+25)
(-12)(+25)
(-12)(+25)
(-12)(+25)
(-12)(+25)
от –35
до -12
50-90
30-50
50-90
85-90
90-95
90-100
90-100
60-90
90-100
90-100
70-90
20-50
15-50
1—20
5-10
10-15
5-10
1-5
5-15
1-5
1-5
1-5
0,03
0,004
0,09
0,07
0,22
0,06
0,30
0,56
0,34
0,56
0,35
0,35
0,44
0,54
0,57
0,79
0,37
0,39
0,49
0,39
2
2
1,45
1,06
0,65
0,4
0,9
0,39
0,52
0,39
Рис.24
Рис.25.
На рис.25 представлена демонстрация возможности одностороннего преимущества при постановке М3, связанного с тем, что противнику не известна область спектра, где al®0. Этот участок может быть использован для «скрытой» связи по аналогии с запасными частотами в радиосвязи. Представленный эффект достигается за счет оптимизированного подбора вещества частиц в М3, обладающих определенным комплексным показателем преломления n(l) и спектром размеров частиц N(r).
Ранее было отмечено, что такие газы ка СО2, СО, СН4 и ряд других представлены в атмосфере Земли практически в постоянной концентрации имеющей лишь незначительный (вековой) тренз. Вместе с тем в отдельных участках пространства в условиях, когда имеет место приземная инверсия температуры угарный газ СО может накапливаться и более существенно влиять на оптику атмосферы. Этот факт демонстрирует рис.26.
Рис.26
Типичная погодная ситуация накопления СО в приземной атмосфере – зима, инверсия температуры, наличие интенсивных источников угарного газа –автомобилей и отопительных систем. Причем из рис.26 следует, что увеличение концентрации СО коррелирует с аэрозольным помутнением воздуха, которое определяет величина метеорологической дальности видимости. Подчеркнем, однако, что приведенный пример имеет границы в пространстве и времени и мало заметен в глобальном распределении.
Наконец рис.27 позволяет сравнить (оценки специалистов США) модель, предлагаемую с учетом соотношения (22) (на рисунке – кривые t², t¢ для возможных вариаций al). С принятой в США стилизованной моделью атмосферного аэрозоля (пунктир). Действительно модель аэрозоля, принятая в США входит в программу “Lowtran” и предлагает учитывать только такие состояния аэрозоля, как “сельский”, “городской”, “морской”, что не может быть адекватным отражением атмосферыс характерным для неё перемещением воздушных масс (Vср»50 км/час)
Рис.27
9. Пример оценки радиационных контрастов малоразмерных объектов по данным численного моделирования в области спектра 8-14 мкм.
Представленные сведения об объектах (фоне) и ослаблении излучения в атмосфере позволяют представить пример их применения в общей оценке контрастов малоразмерных объектов, под которыми будем понимать объекты мешающие пилотированию (ОМП) на низких высотах. ОЭС работает в области 8-18 мкм, т.е. является тепловизором.
Рассмотрим сначала метод расчета радиационных контрастов низкотемпературных препятствий на пригоризонтальных фонах Земли и атмосферы. При этом принимаем, что отражательные характеристики (альбедо d) и температура объектов и подстилающих поверхностей известны.
Значения коэффициентов черноты некоторых конструкционных материалов в области спектра 8-13 мкм
Материал
Коэффициент черноты (1-d)=e
Кирпич
Бетон
Древесина
Окрашенное железо
Окись алюминия
Сталь коррозионно –стойкая
0,93
0,81
0,90
0,90
0,75
0,50
Нужно различать фон излучения подстилающей поверхности под зенитным углом наблюдения q и фон атмосферы, когда линия визирования не пересекает подстилающую поверхность, а проходит над ней на некоторой высоте Zh при наблюдении с высоты Zmin.Спектральная яркость восходящего излучения Земли описывается излучением черного тела с температурой равной температуре подстилающей поверхности, причем коэффициент черноты e=(1-d)=0,8-0,99. В области спектра 8-14 мкм альбедо подстилающей поверхности d наиболее низко для песка (1-d)=0,8 и близко к 1 для мокрых почв и водной подстилающей поверхности.
