1. Оптические свойства атмосферы, объектов и фона в ИКДВ и их учет.

ИК излучение, невидимое глазом, имеет l > 0,78 мкм. ИК диапазон делится на три области: ближнюю 0.78 < l < 1.3 мкм,  среднюю – 1.3 £ l < 3 мкм; длинную l > 3 мкм.

Т.к. размеры частиц атмосферы r < l , рассеивание ИК излучения атмосферой описывается законом Релея: . Этим объясняется лучшее прохождение ИК излучения через атмосферу по сравнению с видимым светом - меньше рассеивание. Однако в атмосфере есть компоненты, вызывающие поглощение ИК излучения. Прежде всего это СО₂  и  водяной пар (Н₂О).

Например, в плотном тумане ИК – излучение с l £ 1.5 мкм поглощается полностью, т.к. капельки воды имеют r ³ 1.5 мкм. В общем случае поглощение носит селективный  характер для 1 < l < 15 мкм (рис.4.1)

 

                          

               Рис.4.1 Пропускание атмосферой ИК излучения

 

Перечисленные факторы определяют первую особенность ведения ИКР ( только в окнах прозрачности), ко второй следует отнести особенность излучения нагретых тем.

Нагретые поверхности твёрдых тел имеют непрерывный спектр излучения с плавной зависимостью  спектральной яркости от l. Оценка излучательной способности  различных тел производится путём сравнения с излучением  абсолютно чёрного тела (АЧТ). Для АЧТ спектральная яркость описывается законом Планка:

     [Вт/м² ср мкм]                    (1)

Это спектральная яркость при Т^оК

С₁  и С₂ –постоянные коэффициенты.

    Спектр АЧТ определяется только его температурой. Свойством АЧТ обладает отверстие  в непрозрачном полом теле.

   Зависимость излучения нагретых тел от l показана на рис.4.2.

 

 

 

                                     

 

                Рис.4.2 Зависимость излучения нагретых тел от  l

 

      Поведение кривых:

1.      При ­Т^оК   максимум сдвигается влево.

2.      Кривые имеют плавный характер.

Длина волны, соответствующая максимальному излучению (яркости) определяется законом Вина:

             , мкм                                    (2)

Тогда в соответствии с (1)

             B^o_{lT max} =4.2×10^-12Т⁵   Вт/м² ср. мкм

Любое нагретое тело излучает энергию, сосредоточенную с точностью до 1% в диапазоне (0.33 – 65) l_max

Например тело человека:  l_max=9.3 мкм, а  3.1<l<60 мкм.

Излучательная способность реальных тел хуже АЧТ. Это  характеризуется коэффициентом  излучения <1.

            ,  тогда 

Для большинства материалов  и зависит от состояния поверхности. Так окисленные и шероховатые поверхности излучают в 3-4 раза лучше, чем чистые и гладкие.

      Зависимость коэффициента излучения от l для некоторых поверхностей (рис.4.3)

 

                    

                                   

               Рис.4.3 Зависимость коэффициента излучения материалов от длины                               волны               

Здесь кривые соответствуют:

1.      Глина;

2.      Мелкая галька;

3.      Окрашенная дюраль;

4.      Полированная дюраль;

Чем ­e, тем больше заметность объекта для средств ИКР

Для многих объектов и сред вычислены средние значения  :

выхлопная труба  =0.7….0.8,

капот двигателя  0.2….0.45,

выхлопные газы <0.1,

здание  0.5…0.6

В ближней и средней ИК зонах (l < 3мкм) мощность собственного излучения значительно меньше мощности отраженной солнечной энергии.

В дальней зоне l >3 – преобладает собственное излучение.

Средняя температура Земли 270^оК (17^оС). Максимум её излучения приходится  l = 9.7мкм  (рис.4.4) Максимум излучения нагретых объектов сдвинут левее. Земля  создает фоновое излучение.

 

                                                                   

Рисунок 4.4 - Спектральная плотность потоков энергии, излучаемых

 Солнцем и Землей