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 |
|
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
|
=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 |
|
|
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 |
|
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 |
|
|
Похожие статьи
-
Простейший вид излучения - монохроматическое, т. е. излучение характеризуемое очень узким интервалом длин волн. 1- (1 при 0. Монохроматическое излучение...
-
Фоны, их общая характеристика - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
Основные свойства фонов рассмотрим для классов ОЭС, работающих на естественных оптических трассах в приземном слое воздуха, с авиационных и космических...
-
Пропускание, отражение - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
Показатель ослабления k в области нормальной дисперсии определяет пропускание материала (поглощение в нем излучения). Исходя из законов Френеля можно...
-
Наличие атмосферы между наблюдаемым объектом и ОЭС обычно является причиной основных помех. Энергия излучения от объекта ослабляется при прохождении...
-
Зависимость фазы модуляции потока излучения от угловых координат точечного источника можно обеспечить, например, с помощью РА со скрещенными осями,...
-
Аэрозольное рассеяние носит название рассеяния Ми. В УФ и видимой области спектра должно быть учтено также молекулярное рассеяние на флуктуациях...
-
Задачи, решаемые с помощью ОЭС - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
С помощью ОЭС контактными и дистанционными методами получают информации О размерах, Форме, Положении, Энергетическом состоянии тел-объектов наблюдения,...
-
Типы детекторов излучения, Фотонные приемники - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
Известны многие физические явления, которые могут использоваться для обнаружения падающего на приемник излучения. Эти явления делятся на два класса: А -...
-
При определении параметров детекторов оптического излучения - фотоприемников (ФП) отмечают прежде всего характеристики чувствительности и общие...
-
В последне время происходит бурное развитие флуоресцентных методов анализа и создаются новые приборы, работающие на принципе измерения флуоресценции...
-
Выше отмечалось, что ОФ разделяется на полосовые и отрезающие. Полосовые фильтры характеризуют 0(Max), ТMax, полушириной на уровне 0,5 ТMax, ТMin в...
-
Оптико-механическое сканирование. - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
В оптико - механических сканирующих устройствах процесс сканирования осуществляется за счет изменения направления оптической оси ОЭс. При этом общее поле...
-
Типы сканирующих устройств - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
Обычно различают ОЭП с фотоэлектронным сканированием, сканирование электронным лучом, сканирование световым лучом, оптико-механическое сканирование....
-
Чтобы повысить обнаружительную способность ИК ФП нужно "заглушить" собственное излучение чувствительного элемента и примыкающих к нему элементов...
-
Аэрозольное ослабление оптического излучения - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
Как можно было видеть из вышеизложенного, спектральное молекулярное поглощение отличают два характерных обстоятельства: Невыполнимость для функции закона...
-
Задача улучшения отношения сигнал/шум, выделения полезной информации на фоне помех не может быть решена без применения методов оптической фильтрации. Т....
-
Детекторы оптического излучения - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
Необходимость измерять или обнаруживать оптическое излучение возникла, фактически, со времени открытия ИК излучения - это исследования Гершеля 1800 г.,...
-
При выборе оптического материала следует учитывать их механические, теплофизические, электрические и химические свойства. В первом случае - это прежде...
-
Оптические материалы, Показатель преломления - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
В данном разделе дадим краткую информацию о материалах, которые используются разработчиками ОЭС. Оптические материалы необходимы для изготовления...
-
ВВЕДЕНИЕ, Задачи, решаемые с помощью ОЭС - Оптико-электронные системы и устройства
Оптико-электронными принято называть системы и устройства, в состав которых входят как оптические так и электронные узлы, причем и те и другие служат для...
-
ФПУ работает в автоматическом режиме. В связи с этим вводятся следующие меры по обеспечению труда в процессе ремонта: - на поверхности печатной платы...
-
Трехфазный ПЗС - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
В этом типе ПЗС управляющие напряжения, поступающие от трех генераторов, сдвинуты на треть периода. ПЗС состоит из полупроводника (например, кремния,...
-
Фотоприемники с переносом заряда (ПЗС) - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
Принцип действия одного из важнейших типов приборов этого класса, приборов с зарядовой связью (ПЗС) основан на использовании структуры металл -...
-
Траектории сканирования при регулярном поиске - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
В оптико-электронных приборах используются различные траектории сканирования. Вид конкретной траектории определяет прежде всего форму контролируемой...
-
Промышленные образцы приемников - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства
Сернистый свинец (PbS). Первый массовый приемник. Представляет собой фотосопротивление, изготовленное из монокристалла PbS (1б,...3 мкм) (Сопротивление -...
-
Общее требование к оптическому стеклу (ОС) - химическая и структурная однородность. В новейших производственных процессах изготовления ОС...
-
Анализ характеристик объекта проектирования трудовой деятельности человека, производственной среды Фотоприемное устройство является модулем приемной...
-
А) срока эксплуатации контактной сети Б) климатических условий В) категории дистанции электроснабжения Г) количества нетяговых потребителей Численность...
-
Принципы построения ВОСПИ Оптические волокна производятся разными способами, они обеспечивают передачу оптического излучения на разных длинах волн, имеют...
-
Редуктор червячный Ч-50 одноступенчатый универсальный предназначен для изменения крутящих моментов и частоты вращения вала в качестве комплектующих в...
-
Графики переходных функций объекта и замкнутой системы
Контрольная работа по дисциплине: "Системы автоматического управления" Цель работы. Построить графики переходных функций объекта и замкнутой системы. По...
-
ПУ усиливает электрический сигнал, обеспечивая наибольшее отношение сигнал/шум. Основные требования, предъявляемые к ПУ - минимальные шумы, максимальный...
-
Волоконно-оптические линии связи, используемые для передачи информации, не должны ухудшать характеристики электрических сигналов, то есть должны...
-
Введение, Общее устройство системы охлаждения двигателя автомобиля - Система охлаждения двигателя
ЗМЗ-402 - семейство бензиновых 4-цилиндровых автомобильных двигателей, производства ОАО "Заволжский моторный завод. Данное семейство двигателей...
-
Естественное освещение - Системы телекоммуникации
Естественное освещение создается солнечным светом через световые проемы. Оно зависит от многих объективных факторов, как-то: времени года и дня, погоды,...
-
Температурная компенсация - Устройство гравиметров и работа с ними
Испытания кварцевых систем в специальных термостатах показывают, что наблюдается нелинейная зависимость показаний гравиметра от изменения температуры....
-
Целесообразность введения автоматики В ходе проектирования любой автоматизированной системы разработчик должен решить важный вопрос: какая степень...
-
Эксплуатационные ограничения ОСН сохраняет работоспособность в условиях открытой атмосферы влажностью от 0 до 100% и при температуре от -40 до +40...
-
Вредные и опасные производственные факторы - Коммутационные устройства
На человека в процессе его трудовой деятельности могут воздействовать опасные (вызывающие травмы) и вредные (вызывающие заболевания)производственные...
-
Эксплуатационные материалы, Смазочные материалы - Устройство и техническое обслуживание Мерседес 123
Смазочные материалы В зависимости от условий эксплуатации масла для двигателей должны удовлетворять различным требованиям. Поэтому очень важно определить...
Пример оценки радиационных контрастов малоразмерных объектов по данным численного моделирования в области спектра 8-14 мкм. - Оптико-электронные (квантовые) системы и устройства