1. Характеристика оптических свойств атмосферы, объектов и фона в ВДДВ.

 

Возможность наблюдения предмета определяется его освещенностью  Е =           

Освещенность объектов определяется двумя составляющими: за счет прямых и рассеянных атмосферой солнечных лучей.

                                     Е = Е_пр + Е_рас

  Предметы наблюдаются благодаря отражению света. Интенсивность отражения зависит от свойств поверхности. Отражение характеризуют:

1.      Коэффициент отражения r_l=, где Ф_l  и Ф_оl -отраженный и падающий потоки ( l -спектральный, т.е. для данной  l).

2.      Индикатриса отражения – зависимость интенсивности отражения от направления наблюдения. Виды отражения(по форме индикатрис) показаны на рис.3.1.

 

                                

 

                                           Рис.3.1 Виды отражения

 

     Критерий зеркальности: h ≤

На практике преобладает смешанный характер отражения.

3. Коэффициент яркости  r_l = , где  B_l - спектральная яркость отражающей поверхности,  B_ol  =  - яркость абсолютно белой матовой поверхности с диффузным отражением, тогда  B_l  = r_l

      Получение оптических изображений объектов и фона возможно из-за различных r_l  элементов объекта или объекта и фона. Значения r_l  определены экспериментально для различных объектов с разными покрытиями и широкого класса фонов, типичных при  ведении ОР (ФР). Данные сведены в таблицы и используются в расчете при оценке возможностей ОР.

Пример зависимостей  r_l = f(l)  приведен на рис.3.2

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                    Рис.3.2 Спектральные коэффициенты яркости: 1-вода; 2-чернозем; 3-шоссе; 4-лес летом, трава; 5-снег; 6-известняк, светлые породы.

 

Различие в яркостях объектов ( элементов) оценивается контрастом:

      K=.

Здесь B_max, B_min – максимальная и минимальная яркости.

Контраст – важнейшая характеристика при обнаружении объектов на снимках.

            

                                     Влияние атмосферы.

Солнце при 6000^°К излучает огромное количество энергии непрерывного спектра от ультрафиолетового  до инфракрасного (0,17…1мкм). Максимум излучения приходится  на 0.47 мкм: в ультрафиолетовой части оно резко убывает, а в инфракрасной характеризуется пологой зависимостью (рис.3.3).

 

                                       

 

                                       Рис.3.3 Спектр излучений солнца

 

Наличие атмосферы изменяет световой поток вследствие поглощения и рассеивания в газах и аэрозолях. Газы – О₂, СО₂, О и др., аэрозоли - пары воды, частицы пыли, пенка, кристаллов солей и др.

Основная масса атмосферы сосредоточенна на Н ≤  20 км, 50% - на  Н ≤ 5 км .

     

                                  Поглощение света в атмосфере.

 

Для столба атмосферы  высотой l (рис.3.4) поток на выходе описывается законом Бугера:

 

 

 

 

 

 

 

 

                        Рис.3.4 Рисунок к пояснению формулы

 

           , где a_l  - показатель поглощения,

           a_l = А_lq . Здесь А_l -коэффициент, учитывающий свойства поглощения;

                                       q – концентрация поглотителя.

Из закона следует, что поглощение определяется массой поглотителя q.l и свойствами молекул А_l , a_l ¹ f( Ф_вl ,).

 На практике используют коэффициент пропускания атмосферы

               

 

                                  Рассеивание света в атмосфере

 

    Представляет отклонение света во всевозможных направлениях с уменьшением интенсивности. Характеризуется индикатрисой, одно из сечений которой имеет вид  (рис.3.5)

 

 

 

 

 

 

 

                             Рис.3.5 Индикатриса рассеивания

 

В зависимости от соотношения l и a ( размер частицы) различают:

1. молекулярное рассеивание – вызвано взаимодействием света с заряженными частицами молекул ( a < l );

2. дифракционное a ~ l;

3. геометрическое a >> l.

Для ОР существенны молекулярное и дифракционное рассеивание.

    При молекулярном сила рассеянного  единицей объема света  (для Н>3 км) описывается законом Релея:

                            (1)

Здесь К₁ – коэффициент пропорциональности;

           q -  концентрация частиц;

           n_l  - показатель преломления;

            - угол наблюдения.

Из закона следует , что сила рассеянного света зависит от , убывает с ростом q и растет с уменьшением l особенно сильно (@).

На основании  (1) можно получить значение рассеянного светового потока для слоя е;

          , где b_рl - коэффициент рассеивания, характеризующий ослабление потока.

      Для характеристики дифракционного ( огибающего частицу) рассеивания используется  понятие относительного размера частиц

        , где R_r  - радиус частицы.

При a_r ≤ 0.6 –релеевское рассеивание  ( )

С ­a_r ®¯b_рl  и  меняется зависимость DI от l

Например, при a > 3   DI_rl =l^-2, при a > 25  DI_rl ¹ f (l) и индикатриса вытягивается в направлении  распространения.

Результирующее значение b будет:

       b_l = b_rl^молек + b_rl^дифр