ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Распространение и отражение лазерного излучения из "Лазерные приборы и системы летательных аппаратов " Величина лучистого потока, который достигнет объекта, а после отражения от пего попадет в приемное устройство локатора, зависит не только от мощности оптического квантового генератора и расстояния между объектом и локатором, но и от состояния основных параметров среды, в которой распространяется излучение, и отражающих свойств объекта. При применении оптических локаторов в воздухе такой средой является атмосфера. [c.51] Атмосфера представляет собой среду, состоящую из смеси газов и водяного пара со взвешенными в ней посторонними частицами, размер которых колеблется от 5-10 до 5- 10 см. Основными постоянными составляющими приземного слоя атмосферы являются азот (78,03%) и кислород (20,99%). На долю всех остальных газов, входящих в состав воздуха (аргона, ксенона, водорода, углекислоты и др.), приходится меньше 1%. [c.51] Сухой воздух является механической смесью газов (табл. 3.1). В слое атмосферы от земной поверхности до 100 км относительный состав основных газов (кислорода, азота, аргона) и относительная молекулярная масса воздуха практически не зависят от высоты. [c.51] Содержание паров воды в воздухе зависит от многих причин, в частности, от температуры воздуха, давления, наличия водоемов в данной местности. При этом с увеличением температуры содержание водяного пара в атмосфере возрастает. [c.51] С увеличением высоты атмосфера по своим параметрам приближается к параметрам межпланетного пространства. Следует отметить, что резкой границы между атмосферой Земли и межпланетным пространством не существует. При решении различных задач в зависимости от конкретных условий влиянием атмосферы можно пренебречь, начиная с того или иного значения высоты над земной поверхностью. Начиная с высот 70—90 км происходит диссоциация кислорода, воды и создание гидроксильной группы ОН, а также ионов кислорода. С возрастанием высоты над поверхностью Земли давление и плотность атмосферы убывает по экспоненциальному закону, приближаясь к отличным от нуля конечным параметрам межпланетного пространства. Данные об изменении плотности и давления атмосферы с высотой приведены в табл. 3.2. [c.52] Как показали экспериментальные исследования с помощью метеорологических ракет и искусственных спутников Земли, до высот порядка 100 км атмосфера остается в основном азотно-кислородной. [c.52] Любые примеси в атмосфере делают ее замутненной — ухудшают условия прохождения излучения через нее. [c.52] Лучистый поток при прохождении в атмосфере ослабляется за счет поглощения и рассеивания молекулами газов, водяным паром и различными примесями. При этом зависимость ослабления вследствие рассеивания от длины волны излучения имеет плавный характер, а ослабление за счет поглощения носит селективный характер. Исследованиями установлено, что лучистый поток поглощается селективно озоном, углекислым газом и водяным паром. [c.52] Содержание озона в приземных слоях атмосферы по объему 0,004—0,0025%. С увеличением высоты над земной поверхностью концентрация озона повышается и достигает максимума на высотах 22—27 км. На высотах больших 40 км концентрация озона становится незначительной, но все же заметной и составляет 1/200000 часть всего воздуха на высоте 40 км и примерно 1/3000000 на высоте 70 км. [c.53] Концентрация углекислого газа в атмосфере сохраняется примерно постоянной до высот около 20 км и равна 0,03% по объему. Водяной пар в основной своей массе лежит на высотах меньше 20 км, однако его следы могут иметь место до высот порядка 100 км. [c.53] Озон имеет полосы поглощения в районе длин волн Х = 4,7 и 9,6 мкм. Молекулы углекислого газа СО2 вызывают поглощение в полосах на Я=1,4 1,6 2,05 4,3 4,8 5,2 10,4 и особенно 12,8— 17,3 с центром на 13,9 мкм. Наиболее сильные полосы поглощения — диапазоны спектра, характеризуемые длинами волн центров полос = 0,94 1,13 1,38 (1,3—1,5) 1,46 1,87 (1,7—2,0) 2 66 (2,4—3,4) 3,15 6,26 (4,5—8,0) 11,7 12,6 13,5 14,3. Полосы поглощения углекислого газа и паров воды в диапазоне спектра от 14— 15 мкм являются причиной (ПОЧТИ полного поглощения атмосферой инфракрасного излучения с длинами волн более 15 мкм. [c.53] В предыдущем разделе было показано, что ослабление лучистого потока в атмосфере носит селективный характер. Поэтому закономерности ослабления будем рассматривать применительно к монохроматическому лучистому потоку. [c.53] Величину Т1 (к) принято называть коэффициентами пропускания среды единичной толщины. [c.53] Здесь Тар (Я) и Тап(Х) — функция спектрального пропускания среды при раздельном учете потерь на рассеяние и поглощение. [c.54] Рассеяние излучения в атмосфере происходит из-за взвешенных частиц в ней и в результате молекулярного рассеяния. Для среды, содержащей рассеивающие частицы, меньшие по величине длины волны излучения, Релеем дана зависимость, позволяющая определить коэффициенты ослабления. Коэффициенты рассеяния для некоторых длин волн даны в табл. 3.3. [c.54] что В видимой области спектра молекулярное рассеяние достаточно велико и должно учитываться при проектировании оптико-электронных приборов. В то же время в инфракрасной области спектра молекулярным рассеянием можно пренебречь. [c.54] Из формулы (3.5) видно, что для определения коэффициента аэрозольного ослабления необходимо знать функции к Гс, Я) и/(л). [c.55] В этих формулах п — показатель преломления частиц Гс —-радиус частиц. [c.55] Там же отмечается, что уже на высотах 3—5 км наблюдается уменьшение величины Оа на один-два порядка по сравнению со значением ад, измеренным у земной поверхности. [c.55] Вернуться к основной статье