Рассеяние излучения атмосферой

Следовательно, в оптической связи и локации гораздо более важен случай приема или обнаружения одномодового когерентного излучения на фоне многомодового шумового поля. Многомодовое шумовое поле включает тепловое излучение различных объектов, суммарное излучение небесного свода, звезд, планет, отраженное диффузным ретранслятором когерентное излучение, рассеянное излучение атмосферы, отраженное объектами солнечное излучение и т. д. Как правило, такое излучение является гауссовым случайным процессом с соответствующей весовой функцией. Когерентное излучение генерируется оптическим квантовым генератором, работающим в одномодовом одночастотном режиме (случай работы ОКГ в многомодовом режиме будет оговариваться особо). [c.46]

Эффективность приема оптической системы зависит от уровня внешних и внутренних помех. По виду статистических распределений внешние и внутренние шумы могут подразделяться на ряд типов, описываемых в основном распределениями Пуассона и Бозе—Эйнштейна нередко, однако, шумовое излучение характеризуется отрицательно-биномиальным распределением. Такие источники шумового излучения, как Солнце, Луна, звезды, рассеянное излучение атмосферы являются внешними тепловыми источниками (ансамбль некогерентных макроскопических излучателей) статистическое распределение фотонов для этих источников при значительной их интенсивности является распределением Бозе— Эйнштейна, поскольку амплитуды излучения распределены по закону Гаусса. Следует, однако, отметить, что когда интенсивность теплового излучения мала, т. е. энергия, приходящаяся на степень свободы шумового поля, незначительна, распределение-описывается законом Пуассона, так как последний является предельным для ряда рассматриваемых здесь распределений (см. приложение 2). [c.51]

К внешним источникам тепловых шумов (фоновых) относятся Солнце, Луна, звезды, рассеянное излучение атмосферы и облаков. 134 [c.134]

Вследствие рассеянного излучения атмосферы степень поглощения тонкого слоя атмосферы на высоте г не равна величине а, как этого можно было бы ожидать. Отношение ах / л — весьма сложная функция г или, [c.85]

Ок. 94% общего потока солнечной энергии на верх, границу атмосферы приходится именно на эту область, причём осн. часть энергии доходит до поверхности Земли. Благодаря этому Земля имеет благоприятный для жизни климат. Ослабление солнечной радиации в КВ-части этой области спектра происходит гл. обр. а а счёт рассеяния излучения на молекулах (релеев-ское рассеяние) и на частицах аэрозоля (аэрозольное рассеяние). В ДВ-части этой области солнечное излучение ослабляется в полосах поглощения водяного пара, углекислого газа, озона и ряда др. малых газовых составляющих (N0,, СН и др.). [c.136]

ФОНОВОЕ КОСМИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ —эл,-магн, излучение Вселенной, не искажённое ближайшими источниками (атмосферой Земли, излучением Галактики и т. п.). Именно Ф, к, и, должны были бы воспринимать приборы с широким полем зрения, вынесенные в пространство между галактиками, К сожалению, такой эксперимент невозможен. Астрономы изучают Ф, к. и используя наземные и внеатмосферные приборы. В связи с этим отделение фонового компонента от диффузного (рассеянного) излучения локальной и галактич. природы является трудной задачей. [c.335]

Если в среде имеются неоднородности в виде чрезвычайно малых частиц, то пучок излучения, проходя через эту среду, будет рассеиваться во всех направлениях. Например, частицы пыли, или капельки воды в атмосфере рассеивают свет, проходящий через такую среду. Очень мелкие пузырьки в полупрозрачной пластмассе рассеивают проходящее тепловое излучение. Даже мельчайшие элементы окружающей среды вследствие своей атомной структуры могут вызывать рассеяние излучения. Мы видим голубое небо из-за рассеяния солнечных лучей молекулами воздуха и радугу из-за рассеяния водяными каплями. В природе не существует абсолютно однородных сред, исключая абсолютный вакуум. Однако среда может считаться оптически [c.36]

Поглощение и испускание излучения газами, такими, как СО, СОг, пары воды, NH3, играют важную роль в теплопередаче от пламени в камерах сгорания и в топках. Излучение высокотемпературного воздуха имеет большое значение при ядерных взрывах и высокоскоростных полетах, для космических аппаратов, возвращающихся в атмосферу Земли, и ракет. Передача инфракрасного излучения через земную атмосферу представляет интерес для астрофизики и метеорологии. Поэтому было выполнено большое количество теоретических и экспериментальных работ для определения поглощения, испускания и пропускания излучения газами. Теоретические работы в этой области уже упоминались выше. Подробный обзор спектральных коэффициентов поглощения для газов, определенных теоретически или экспериментально, можно найти в работах [60—62]. Ниже будут представлены некоторые данные по поглощению, испусканию и рассеянию излучения веществом, обсуждены результаты и упомянуты соответствующие работы. [c.119]

На практике вместе с полезным локационным сигналом от цели всегда присутствует аддитивный световой фон. Он порождается рассеянным в атмосфере солнечным излучением, свечением звезд него ночного неба и излучением, отраженным от различных посто ронних объектов, попадающих в поле зрения оптических систем Являясь следствием естественного хаотического излучения, времен пая реализация фона, возникающего вследствие рассеяния в атмо сфере, имеет явно выраженный случайный характер и обладает широким частотным спектром, который в пределах пропускания приемных оптических систем можно считать постоянным. С точки зрения временных свойств случайной реализации это означает, что ее значения оказываются практически б-коррелированы. [c.41]

Вследствие того, что при отражении от обычных реальных объектов свет приобретает некоторую цветовую окраску , временные характеристики этой фоновой составляющей соответствуют некоторому достаточно узкополосному процессу. Обозначим спектральную плотность этого процесса через Оф((о). В принципе Оф((о) является существенно более широкой функцией нежели G((o) для подсвечивающего лазерного излучения. Однако по сравнению со спектром фона, обусловленного рассеянием в атмосфере, спектр Оф((о) оказывается значительно более узким. Учитывая все сказанное и ориентируясь на выражения (1.2.31) и (1.2.32), имеем, [c.43]

Б а б е н к о В. А. Рассеяние излучения каплей, окруженной облаком пара убывающей плотности.— В кн. III Всесоюзный симпозиум по распространению лазерного излучения в атмосфере. Тезисы докл. Томск, 1975, с. 13— [c.244]

При наблюдении небосвода днем в глаз попадает рассеянное излучение, в котором более сильно присутствует коротковолновая часть спектра, соответствующая голубому цвету. Вне земной атмосферы небо представляется черным, а в глаз попадают лишь прямые лучи от звезд. [c.293]

При прохождении солнечных лучей через атмосферу Земли часть излучения рассеивается и поглощается молекулами озона, воздуха и водяного пара, а также частицами пыли — это приводит к ослаблению прямого солнечного излучения и появлению диффузного (рассеянного) излучения. Часть энергии, поглощенной и рассеянной газовыми частицами, возвращается обратно в космическое пространство, а основной ее поток достигает поверхности Земли в виде рассеянного (диффузного) излучения. Доля рассеянного (диффузного) излучения в [c.11]

Для решения актуальных задач численного моделирования процессов переноса оптического излучения в земной атмосфере прежде всего необходимо достоверное знание его энергетического ослабления на различных высотах, обусловленного поглощением и рассеянием излучения водяным паром и другими атмосферными газами. В свою очередь такое поглощение и рассеяние излучения не может быть определено без соответствующей информации о пространственно-временном распределении в атмосфере таких физических параметров, как температура и влажность воздуха, концентрация озона, углекислого газа и малых газовых примесей (СО, СН4, N20, N02 и N0). [c.161]

Поле рассеянного излучения в земной атмосфере.— Алма-Ата Наука, 1974.— 111 с. [c.243]

Для полноты описания реального физического процесса переноса оптического изображения в дисперсных средах необходимо также учитывать еще два фактора, первый из которых связан с учетом энергетического ослабления излучения при его прохождении через среду. Это ослабление приводит только к затуханию интенсивности в распределении по плоскости изображения, не исканная само распределение. Следовательно, учет энергетического ослабления производится просто умножением ОПФ на величину если выполняются условия применимости закона Бугера. Далее, при наблюдениях объектов через дисперсные среды (например, в дневной атмосфере) на изображение накладывается фон рассеянного излучения от посторонних источников. Этот фон обычно не имеет частотно-пространственной структуры и его можно с большой точностью считать помехой в виде постоянной составляющей. [c.77]

Поляризация рассеянного излучения верхней атмосферы относится к числу тех оптических характеристик, которые при аэрозольном рассеянии в наибольшей степени отличаются от соответствующих характеристик при рэлеевском рассеянии. Если поляризационная составляющая интенсивности, например, при угле рассеяния р = 90° для рэлеевского рассеяния близка к нулю, то эта [c.146]

Рис. 4.17. Относительные индикатрисы рассеяния излучения в верхней атмосфере.

Рис. 4.18. Высотный ход степени поляризации рассеянного излучения в верхней атмосфере по осредненным данным различных авторов.

Границы применимости закона Бугера. Многократное рассеяние атмосферным аэрозолем является практически наиболее важной причиной, приводящей к отклонению закона затухания интенсивности оптического излучения от экспоненциального. Эта причина, связанная с регистрацией рассеянного в направлении приемника оптического излучения, всегда существует при оптических измерениях в реальной атмосфере. Поэтому количественный учет доли рассеянного излучения, попадающей в приемник одинаково необходим и при спектрофотометрии Солнца по наклонным трассам, и при фотометрических измерениях диффузных и направленных источников излучения на горизонтальных трассах. При этом такой учет необходим независимо от выполнения всех других условий применимости закона Бугера. [c.151]

В случае весьма слабого сигнала и интенсивных помех число отсчетов в принимаемой реализации смеси сигнала и шума должно быть достаточно большим. Лишь в этом случае можно осуществить уверенный прием и выделить полезный сигнал. В этом разделе рассмотрим два случая 1) обнаружение монохроматического когерентного сигнала в тепловом шуме при большом числе отсчетов 2) обнаружение монохроматического когерентного сигнала в пуассоновских шумах также при большом числе отсчетов. Монохроматический сигнал может быть постоянным по интенсивности или ступенчатомодулированным. Первый случ ай, как уже указывалось, характерен при обнаружении сигнала на фоне теплового излучения большого ансамбля макроскопических источников (фон излучения Земли, Луны, планет, звезд рассеянное излучение атмосферы и т. д.). В этом случае статистическое распределение сигнальных фотонов подчиняется закону Пуассона, а распределение шумовых фотонов — закону Бозе—Эйнштейна (см. приложение 2). [c.63]

Вследствие вулканических извержений могут возникать и другие погодные явления. В течение всего 1816 г. в Бостоне зимой не было ни одного месяца без жестоких морозов — прямой результат извержения вулкана Тамбора (Индонезия) в 1815 г.. После извержения Агунга суммарное излучение (совокупность прямого и рассеянного излучений), измеренное в Антарктиде, было лишь немного ниже нормы. Отсюда можно сделать вывод, что твердые частицы, находящиеся в стратосфере, весьма незначительно влияют на общий тепловой баланс Земли. Они могут вызвать колебания параметров атмосферы в местных масштабах. Еще не удалось выяснить, справедливо ли это утверждение для аэрозольных частиц меньшего диаметра, которые обычно находятся в тропосфере. [c.290]

СВЕТОВОД (волновод оптический) — закрытое устройство для направленной передачи света. В открытом пространстве передача света возможна только в пределах прямой видимости и ограничивается нач. расходи-иостью излучения, поглощением и рассеянием в атмосфере. Переход к С. позволяет значительно уменьшить потери световой энергии при её передаче на большие расстояния, а также передавать световую энергию по криволинейным трассам. [c.461]

Для наблюдений протяжённых источников нет необходимости применять телескопы больп1ого диаметра. К таким наблюдениям относятся планетные исследования, позволившие детально изучить верх, атмосферы Меркурия, Земли, Венеры, Марса, Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и их спутников. На всех аппаратах, запущенных к этим планетам ( Марс , Венера , Вега , Фобос , Пионер , Викинг , Вояджер ), были установлены УФ-спектромет-ры для регистрации солнечного излучения, рассеянного в атмосферах планет, В УФ-диапазоне хорошо просматривается облачная структура атмосферы Венеры. В линии атомарного водорода L, (Х = 1216 А) обнаружены протяжённые водородные короны атмосфер Земли, Венеры и Марса. В этой же линии на громадные расстояния прослеживаются оболочки, окружающие ядра комет. УФ-на-блюдеиия в линиях L, и Не >.584 А позволили обнаружить эффект, получивший назв. межзвёздный ветер . Эффект связан с движением Солнца относительно локальной межзвёздной среды со скоростью ок. 25 км/с. Т. к. время ионизации атомов межзвёздной среды на много порядков меньше времени рекомбинации, то в отличие от стационарной зоны НИ, окружающей горячие звёзды, вокруг Солнца образуется вытянутая вдоль движения каплеобразная полость, в к-рой водород полностью ионизован вплоть до расстояний 10 а. е., а гелий — до 0.3 а. е. Анализ распределения интенсивности в линиях водорода и гелия позволил определить параметры локальной межзвёздной среды в окрестностях Солнца плотность и темп-ру водорода и гелия, степень ионизации водорода, направление и величину скорости движения Солнца. [c.220]

Нри изучении природных ресурсов Земли путем анализа космической видеоинформации и данных подспутникового эксперимента возникает задача описания амнлитудно-фазовых искажений изображения земной поверхности, вызванных рассеянным в атмосфере излучением. Методика исследования нространствен-ной структуры излучения на основе оптической пространственно-частотной характеристики атмосферы разработана в [13, 63]. Обобщение метода итераций [c.776]

Прин ,и1п работы лидара на дифференциальном поглощении рассеянного излучения заключается в поглощении выбранного вида молекул атмосферы. При этом используется по крайней мере два лазерных пучка с различными длинами волн, которые последовательно или одновременно посылаются вдоль одной и той же трассы в атмосферу. Один лазерный пучок поглощается исследуемыми молекулами, в то время как другой с близкой длиной волны— поглощается не очень сильно. Поскольку пучки спектрально разделены небольшим промежутком длин волн, то сечения аэрозольного рассеяния можно считать практически одина1ковым и для обоих случаев. Различие в интенсивности рассеяния лучей в атмосфере обусловлено разницей в их поглощении исследуемыми молекулами [103, 104]. [c.128]

К указанным методам, которые уже находятся в различных стадиях технической реализации, относятся дистанционный анализ атомного состава вещества аэрозолей и некоторых метеопараметров на основе собственного электромагнитного и акустического излучения плазмы низкопорогового оптического пробоя приземной атмосферы диагностика спектров размеров частиц водного аэрозоля по эффекту нелинейного комбинационного рассеяния излучения на собственных частотах резонансных колебаний формы частиц, возбуждаемых импульсно-периодическим лазерным излучением высокочувствительный гомодинный (гетеродинный) прием слабых ИК-сигналов и газоанализ малых атмосферных примесей с использованием эффектов нелинейного взаимодействия опорного и отраженного излучений в резонаторе лазера. [c.234]

Предположение о монохроматичности рассеяния является хорошим приближением к реальности для случаев рассеяния излучения в континууме на молекулярных газах и частицах. С высокой точностью оно выполняется в атмосферах планет (и в частности, Земли) в видимом диапазоне спектра. Методы решения задач о монохроматическом рассеянии послужили фундаментом для исследования более сложных случаев рассеяния и представляют большой исторический и методологический интерес. Поэтому начнем курс теории переноса, как это обычно делается, с изложения методов и результатов решения задач, связаш1ых с монохроматическим рассеянием. [c.24]

Теория рассеяния излучения в спектральной линии — одна из важных глав теоретической астрофизики [77]. Она развивалась, начиная с двадцатых годов нашего столетия. Сначала рассматривалось образование фраунгоферовых линий поглощения без рассеяния. Согласно модели атмосферы Шварцшильда—Шустера над фотосферой, где формируется непрерьшный спектр, располагается слой, содержащий поглощающие в линиях атомы. При этом в центре пинии поглощение наибольшее и убывает согласно профилю поглощения. Это давало возможность качественно объяснить величины эквивалентных ширин линий. Однако профили линий этой теорией воспроизводились неадекватно. Необходимо было учесть рассеяние. [c.136]

Регистрация спектра осуществляется на самопишущем потенциометре. Скорость перемещения диаграмной ленты 20—720 мм1ч, время записи области спектра 2—15 мкм от 3,5 мин до 7,5 ч. Спектрометр герметичен. Для удаления атмосферы его можно продувать сухим азотом или сухим воздухом. Разрешающая способность в области 2—15 мкм составляет 1,5—2,5 см , рассеянное излучение в этой же области не превышает 2 %. [c.441]

Наряду с полезным сигналом на фотоприемник попадает также фоновое излучение. Оно обусловлено оптическим излучением, существующим в атмосфере в полосе приемника (например, излучение Солнца), и рассеянным излучением зондирующего лазерного импульса на частоте зондирования (аэрозольное и рэлеев-ское рассеяние) и частоте приема. Последний, практически неустранимый фоновый сигнал, может быть обусловлен одно- или мно-гофотонной люминесценцией или комбинационным рассеянием в газах атмосферы (включая как основные — азот и кислород, так и малые — в первую очередь водяной пар — компоненты атмосферы), а также свечением аэрозоля, нагретого мощным лазерным излучением. Оцененная из самых общих соображений пороговая концентрационная чувствительность флуоресцентного спектрального анализа газовых составляющих, для которых do/dQ 10 mV p, ограниченная оптической помехой из-за неконтролируемой люминесценции, может достигать уровня 1 ppt. [c.150]

Учет многократного рассеяния при распространении оптических волн в дисперсных средах представляет собой одну из тех сложных задач, которые являются предметом исследований во многих разделах физики. Сюда относятся и задачи квантовой электродинамики, и задачи рассеяния тепловых нейтронов и заряженных частиц, и задачи астрофизики и физики атмосферы и т. д. Впервые Фолди [36] поставил задачу о многократном рассеянии волн и решил ее для модели точечных изотропных и статистически независимых рассеивателей. В последующем этот теоретический подход получил развитие и к настоящему времени имеется ряд полезных результатов, в том числе по физической интерпретации уравнений переноса, давно применяемых при практическом учете многократного рассеяния излучения. [c.55]

Как видно из (2.92), параметры Стокса и в рассматриваемом случае равны нулю и, следовательно, при двукратном рассеянии облаком сферических частиц не происходит поворота плоскости поляризации, а степень эллиптичности рассеянного назад излучения равна нулю. Более того, количественный анализ показывает, что для жидкокапельных облаков плоскость преимущественной линейной поляризации двукратно рассеянного излучения совпадает с плоскостью поляризации зондирующего излучения, а перпендикулярно и параллельно поляризованные составляющие интенсивности отраженного излучения в определяющей степени зависят от матрицы рассеяния и параметров эксперимента ( , Ч ). Отмеченные поляризационные свойства двукратного рассеянного назад излучения широко используются для идентификации различных типов метеообразований в земной атмосфере [22]. В частности, экспериментальные исследования показывают, что степень деполяризации для атмосферных образований изменяется в широких пределах (от О до 1). Поэтому применение поляризационной селекции локационных сигналов обеспечивает получение дополнительной информации о параметрах среды. [c.86]

Разнообразие химического состава вещества аэрозольных частиц различной природы определяют широкий диапазон значений комплексного показателя преломления. Обсуждение этого диапазона и более подробные данные приведены при описании различного типа аэрозольных образований в [5]. Здесь только отметим, что ошибки в определении коэффициентов рассеяния и поглощения, а также угловых и поляризационных свойств рассеянного излучения могут достигать сотен процентов из-за неправильного задания химического состава и соответственно оптических постоянных аэрозоля. Поэтому классификация атмосферного аэрозоля по химическому составу часто используется и при оптических исследованиях. По признаку именно химического состава нринято выделять водный и морской аэрозоль (частицы — водные растворы), дымовой аэрозоль (частицы — продукты сгорания), пылевой аэрозоль, органический аэрозоль, вулканический аэрозоль, фотохимический аэрозоль и многие другие. Однако следует учитывать, что в реальной атмосфере присутствуют одновременно аэрозольные частицы различного химического состава и с различным вкладом в оптические свойства. [c.88]

Результаты обобщения данных различных авторов представлены на рис. 4.18. Кривые 1, 2 п 7—И построены по данным ра-кетных измерений, а кривые 3—6 — по данным сумеречных измерений. Существенно, что данные для кривых 7—11 получены при наличии серебристых облаков, а при получении данных для кривых 7, 2, 3, 6 серебристые облака визуально не наблюдались. Резкое уменьшение степени поляризации выше серебристых облаков при ракетных измерениях (кривые 7—11) объясняется возрастанием вклада неполяризованного эмиссионного излучения. В целом, как видно из рис. 4.18, результаты поляризационных измерений подтверждают данные оптических измерений о меньших замутнениях атмосферы на высотах около 30 км и устойчивом повышенном замутнении на высотах 80—85 км. По результатам измерений степени поляризации рассеянного излучения серебристыми облаками получен модальный радиус частиц около 0,05 мкм и сделан вывод о достаточно узком распределении частиц по размерам. [c.146]

Проблема видения (инструментальная или визуальная) удаленных объектов через атмосферу относится к числу тех, решение которых связано в основном с решением задач аэрозольного рассеяния. Именно аэрозольное ослабление яркости наблюдаемых объектов Воб является наиболее изменчивым фактором в земной атмосфере как вне полос молекулярного поглощения (в таких спектральных областях и проводятся обычно наблюдения), так и в областях спектра со слабым поглощением. Кроме того, при аэрозольном рассеянии формируется тот фон рассеянного излучения от объекта или других источников, на котором наблюдается объект. Яркость фона рассеянного излучения Вф также изменяется в широких пределах в зависимости от оптических свойств атмосферного аэрозоля. Естественно поэтому, что ярко-стный контраст (абсолютный АВ = Вф — Воб или относительный АВ1В) является не только искомым параметром в теории видения, но и измеряемым параметром в качестве объективного индикатора оптических свойств атмосферного аэрозоля. [c.153]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...