Пример оценки радиационных контрастов малоразмерных объектов по данным численного моделирования в области спектра 8-14 мкм. - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства

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 ) и температура объектов и подстилающих поверхностей известны.

Значения коэффициентов черноты некоторых конструкционных материалов в области спектра 8-13 мкм

Материал

Коэффициент черноты (1-)=

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 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 =(1-)=0,8-0,99. В области спектра 8-14 мкм альбедо подстилающей поверхности наиболее низко для песка (1-)=0,8 и близко к 1 для мокрых почв и водной подстилающей поверхности.

В области 8-13 мкм естественные препятствия имеют значение альбедо, изменяющееся в довольно широких пределах - от 0,5 до 0,05 /В таблице выше приведены значения коэффициента черноты для некоторых конструкционных материалов/.

Радиационный контраст объектов определяется по формуле (15) или аналогичной ей

, (30)

Где IОб - интенсивность излучения от объекта, IФ - интенсивность излучения фона. Однако для низкотемпературных объектов необходим учет излучения фонов, отраженных от объекта. Последние будут зависеть от направления визирования объекта, так как на горизонтально ориентированную площадку падает излучение с верхней полусферы (нисходящее излучение неба), а на вертикально ориентированную площадку падает излучение неба (из верхней полусферы) и излучение Земли. При тех же самых величинах альбедо отраженное объектом излучение фона для горизонтально ориентированной площадки всегда меньше, чем для вертикальной. Таким образом необходимо рассматриватьдва направления визирования - "в горизонт" (вертикальная площадка) и сверху (горизонтальная площадка).

Итак, для расчета радиационного контраста необходимо знать температуру объекта ТОб и фона ТФ, которые, наряду с известными величинами Об и Ф позволяют расчитать яркость фона ВОб=В(ТОб)Об и объекта ВФ=В(ТФ)Ф на основе данных о яркости АЧТ В(ТОб) и В(ТФ).

Введем далее следующее обозначение: - средняя интенсивность нисходящего (т. е. направленного сверху вниз) и восходящего излучений атмосферы как одной из составляющих фона. При этом расчет выполняется по формуле

(31)

Температура поверхности как препятствий, так и окружающего фона зависит от многих факторов - таких как положение Солнца на небосводе, замутненность атмосферы, наличие или отсутствие облачности, влажность атмосферы и почвы, скорость ветра и др. В связи с тем, что теплопроводность и теплоемкость объектов на естественных фонах. различаются, в условиях сильных солнечных засветок наблюдаются значительные перепады температуры объекта и имеет место достаточно высокий контраст при наблюдении Радиационные и температурные контрасты существенно снижаются приналичии облачности, сильной замутненности атмосферы. В этих ситуациях контрастность объектов определяется отличиями в величинах коэффициента черноты объектов.

Величины температурных контрастов определяются среднеинтегральной яркостной температурой объекта и фона

(32)

Если радиационная температура объекта больше радиационной температуры фонов, то наблюдается положительный температурный контраст. В противном случае - температурный контраст отрицательный. и относительного радиационного контраста по формуле приведенной выше. В дневных летних условиях разброс радиационных температур яркости естественных фонов очень велик от 15 до 50С, в связи с чем объекты могут иметь в зависимости от яркости фонов как положительные, так и отрицательные температурные контрасты, которые зависят от типа подстилающей поверхности (почва, асфальт, водная поверхность) и особенно от влажности почвы. Важно также учитывать наличие тени облаков. Только для влажной почвы (например, после обильных осадков) температурные контрасты объектов являются положительными. В ночных условиях радиационные контрасты объектов являются положительными. Большинство ОМП в сумерках приобретают заметность в основном за счет большей инерционности при радиационном выхолаживании. Большое значение приобретает здесь протяженность препятствий, от которых зависит теплоемкость ОМП и время радиационного остывания ОМП.

Наблюдение объектов препятствий всегда выгодно вести в зоне горизонта, так как рост температуры естественных фоновых ансамблей в этом случае часто приводит не к ухудшению видимости ОМП, а улучшению за счет подсветки их восходящим тепловым излучением естественных фонов.

Величины температурных контрастов объектов в различных атмосферных условиях визирования для визирования в "горизонт"

Объект

Условия наблюдения

Яркостная температура фона

Температурный контраст

1

2

3

4

Кирпичное отапливаемое здание

Зима, ясно, температура атмосферы Т=-10 С

-15

=8С

Кирпичное здание, отопление отсутствует

-15

=5С

Кирпичное здание, отопление отсутствует

Лето,=20С

+10

=3С

Кирпичное здание отопление отсутствует

Лето,=16С

+14

=3С

Дерево одиночное

Зима, ясно, температура атмосферы Т=-10С

-15

=3,5С

Дерево одиночное

Лето, ясно, температура атмосферы Т=-20С

+19

=8С-солн. сторона

=4С-тень

Провода обесточенные

Зима, ясно, температура атмосферы Т=-10 С

-15С

=4С

Провода обесточенные

Лето, Т=20С, полдень

+19С

=1,5С

Провода обесточенные

Лето, ясно, ночь =16С

+14С

=0,7С

Столб железобетонный диаметром 30 см

Лето, ясно, полдень =20С

Лето, ясно, ночь

Зима, Т=-10С

+19С

+14С

-15С

=3С

=1,5С

=4,5С

Столб деревянный диаметром 30 см

Лето, полдень, ясно

=20С

Лето, ясно, ночь=16С

Зима, полдень Т=-10С

Зима, ночьТ=-10С

+19С

+14С

    -15С -15С -12С

=16Ссолн. сторона=3С-тень

=2С

=3С

=5С

Провода

Зима, облачность сплошная

-12С

=1,5С

Кирпичное отапливаемое здание

Температура атмосферы Т=-10С

-12С

=4С

Кирпичное здание отопление отсутствует

-12С

=1С

Столб железобетонный

-12С

=1С

Кирпичное здание, неотапливаемое

Лето, облачность сплошная, температура атмосферы Т=20С полдень

+19С

=2С

Величины температурных контрастов объектов в различных атмосферных условиях визирования для визирования в "надир"

Объект

Условия наблюдения

Яркостная температура фона

Температурный контраст

1

2

3

4

Кирпичное отапливаемое здание

Зима, температура атмосферы Т=-10 С полдень

-12С

2,5С

Кирпичное отапливаемое здание,

Зима, температура атмосферы Т=-10 С ночь

-12С

1,6 C

Кирпичное неотапливаемое здание

Зима, температура атмосферы Т=-10С

+12С

-0,3C

Кирпичное неотапливаемое здание

Зима, температура атмосферыТ=-10С

-12С

-0,3 C

Провода обесточенные

Зима, температура атмосферы Т=-10С

День

Зима, температура атмосферы Т=-10С

    -12С -12С
    -0,7C -0,7 С

Столб железобетонный

Ночь

Зима, температура атмосферы Т=-10С

0,5С

Столб деревянный

День, ночь

Зима, температура атмосферы Т=-10С

День,

Зима, температура атмосферы Т=-10С

    -12С -12С

-12С

    3 С 0 С 30 С

Кирпичная труба действующих котельных

Ночь, зима, температура атмосферы=-10С

-12С

Одинокое дерево

День, ночь, зима, температура атмосферы Т=-10С

День, зима, температура атмосферы Т=-10С

    -12С -12С
    1,5 С 0 С

Похожие статьи




Пример оценки радиационных контрастов малоразмерных объектов по данным численного моделирования в области спектра 8-14 мкм. - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства

Предыдущая | Следующая