Влияние среды распространения на точностные характеристики оптических измерительных систем
Селективный характер поглощения и рассеяния лазерного излучения атмосферой обусловливает наличие в ней «окон прозрачности», которые наиболее выражены в диапазонах волн 0,38—0,9 и 9—13 мкм. С увеличением высоты слоя атмосферы ширина этих «окон» увеличивается. Излучению рубинового лазера (l=0,6943 мкм) соответствует «окно прозрачности» 0,6932—0,6945 мкм при sпl=0,0023—0,0069 км-1; spl=1,19—0,29 км-1, где sпl и spl — коэффициенты ослабления потока монохроматического излучения атмосферой за счет поглощения и рассеяния, км-1.
Следовательно, ослабление лазерного излучения за счет рассеяния примерно на два порядка больше, чем за счет поглощения, что в основном справедливо и для других «окон прозрачности» атмосферы в оптическом диапазоне волн. Поэтому для «окон прозрачности» атмосферы справедливы приближенные равенства: sl»spl и Таl»e-tpl.
Заметим, что закон Бугера (Формула 3) справедлив при sl£15—20 км-1. Например, при sl=25 км-1 отклонение от этого закона составляет примерно 30%.
Очевидно, что в случае активной локации имеет место двукратное прохождение трассы, т. е. общая длина пути, половину которого проходит прямое лазерное излучение ЛЛС, а вторую половину — отраженное от цели лазерное излучение, определяется как L=21=2R.
При этом мощность оптического сигнала на входе приемника ЛЛС прямо пропорциональна квадрату спектрального коэффициента одностороннего пропускания атмосферы:
где Р20l — мощность отраженного оптического сигнала на входе приемника ЛЛС при ее работе в свободном пространстве.
Следовательно, в интервале малых дальностей (R<Rг), т. е. при работе по протяженной цели, дальность действий ЛЛС в атмосфере
R=R0Tal
Формула 4
максимальная дальность действия
Rmax=R0maxTal
Формула 5
где R0max определяется в зависимости от вида цели.
В интервале больших дальностей (R>Rг), т. е. при работе по точечной цели, дальность действия ЛЛС в атмосфере
Формула 6-7
Формула 4-7 свидетельствуют о том, что ослабление мощности лазерного зондирующего и отраженного оптических сигналов атмосферой приводит к уменьшению отношения сигнал/шум на входе приемника ЛЛС; это, в свою очередь, снижает дальность лазерного обнаружения цели.
На практике для определения коэффициента Таl при работе в «окнах прозрачности» атмосферы пользуются эмпирической формулой
Таблица 1
| Состояние атмосферы (видимость) | Балл по коду | Удельное пропускание tyl, км-1 | Метеорологическая дальность видимости RМ, км |
|
Туман: очень сильный сильный заметный слабый | 0 1 2 3 | Менее 10-34 10-34—10-8,5 10-8,5—10-3,4 10-3,4—2·10-2 | Менее 0,05 0,05—0,2 0,2—0,5 0,5—1 |
|
Дымка: очень сильная сильная заметная слабая | 4 5 6 7 | 0,02—0,14 0,14—0,38 0,38—0,68 0,68—0,82 | 1—2 2—4 4—10 10—20 |
|
Хорошая видимость Отличная видимость | 8 9 | 0,82—0,92 0,92 и более | 20—50 50 и более |