Теоретические основы оптико-электронных приборов - Мирошников М.М.
Скачать (прямая ссылка):
ВрХ = Я д)/я = Рд (Ц Ек/п,
где — спектральная плотность энергетической освещенности поверхности; рд (Я) — спектральный коэффициент диффузного отражения.
В случае направленно-рассеянного отражения для характеристики свойств отражающей поверхности вводят понятие спектрального коэффициента . /у и/ Ф0 - энергетической яркости
* ^ 1 N Р (Я), представляющего
собой отношение спектральной плотности энергетической яркости поверхности в заданном направлении В (Я) к спектральной плотности энергетической яркости идеально рассеивающей поверхности Вох, имеющей коэффициент отражения, равный единице, и освещенной так же, как данная поверхность,
Р (Я) ^Вл/Дл-№*/?*) «¦
Очевидно, что для диффузно отражающей поверхности коэффициент яркости равен коэффициенту отражения
рд (I) = [Яд (Ц/Ек] п - [рд (X) Ек/(Екп)] П = Рд (Ц.
§ 6. ОСЛАБЛЕНИЕ ИЗЛУЧЕНИЯ АТМОСФЕРОЙ
Существует три физически разнородных процесса, вызывающих ослабление излучения атмосферой: рассеяние излучения молекулами атмосферных газов; рассеяние излучения частицами дымки, а также частицами, из которых состоят туманы и облака; поглощение излучения молекулами газов, составляющих атмосферу, и парами воды.
Количественной характеристикой ослабления излучения является спектральный показатель ослабления (X), который представляет собой отношение относительного уменьшения спектральной плотности потока излучения практически параллельного пучка во время его прохождения (при нормальном падении) через бесконечно тонкий слой среды к толщине dl этого слоя:
m 1
Введенный ранее показатель поглощения а (Я) есть часть показателя ослабления, обусловленная поглощением. Другая
270
часть, обусловленная рассеянием, называется показателем рассеяния.
Учитывая, что коэффициент пропускания среды связан с показателем ослабления степенным законом
т (X) = *,
показатель ослабления (натуральный) можно также определить как величину, обратную расстоянию, на котором поток монохроматического излучения, образующего параллельный пучок, ослабляется в результате совместного действия поглощения и рассеяния в веществе в е раз.
В соответствии с этим спектральный коэффициент ослабления излучения атмосферой равен
ц (X) = Их (X) + ц2 (X) + Из (Я),
где jtii (X) — учитывает молекулярное рассеяние излучения; |i2 (X) — учитывает рассеяние излучения на взвешенных частицах; jig (X) — учитывает поглощение излучения.
В случае чистой и сухой атмосферы излучение рассеивается на неоднородностях среды, связанных с местными изменениями плотности, возникающими благодаря хаотическому тепловому движению молекул атмосферных газов. Размер этих неоднородностей мал по сравнению с длиной волны излучения, и коэффициент ослабления может быть определен по формуле Релея
На М = ^ А4,
где коэффициент А зависит от температуры и давления воздуха. При t = 0° С и р = 700 мм рт. ст. А ^ 10~30 м3, т. е. для X — = 0,375 мкм - 3,75-10"7 м ^ (0,375) ^ 5-10-5 м-1. Следовательно,
Tl (0,375) = е-^ <°’37Б>1 = е-510"в/.
Если / = 20 км = 20-103 м = 1/(5* 10~5) м, то г1 (0,375) = 1/е ^ 1/2,7, т. е. монохроматический поток излучения с длиной волны 0,375 мкм уменьшается в 2,7 раза при прохождении им расстояния в 20 км.
Если наблюдать рассеянное излучение под прямым углом к первичному пучку, то обнаруживается, что оно поляризовано. Если же оценивать величину потока излучения, рассеянного по разным направлениям, то можно найти
Фе = Фл/2(1 +cos20),
где 0 — угол между направлениями наблюдения и распространения первичного пучка излучения.
Кривая, графически показывающая распределение рассеянного потока излучения под различными углами, носит название индикатрисы рассеяния.
271
На практике редко приходится иметь дело с чистой атмосферой. В свободной от облаков и тумана атмосфере содержатся различные примеси (земляная пыль, дым, копоть и др.). Эти примеси являются центрами конденсации водяных паров, в результате чего в атмосфере образуются капли воды. Когда условия образования капель таковы, что их размер не превышает 0,5 мкм, имеет место дымка, в значительной мере ограничивающая дальность видимости.
Для случая, когда размеры частиц соизмеримы с длиной волны, уже неприменим закон рассеяния Релея. Данные о рассеянии на
частицах различного раз-
Таблица 12 Зависимость относительного показателя рассеяния атмосферы от дальности видимости
Состояние
атмосферы
Дневная дальность видимости черного предмета на фоне небосвода
Отношение показателя рассеяния реальной атмосферы к показателю рассеяния идеально чистого воздуха u2/jUi
мера получены в работах Шулейкина, Страттона и Хаутона.
При этом оказывается, что для Я > р (Я > 2р), где р — радиус частицы, рассеяние подчиняется закону А /Я4; для Я<Ср рассеяние не зависит от длины волны; для Я = р имеет место наибольшее рассеяние. Таким образом, в случае дымки, когда рамеры частиц не превышают 0,5 мкм, использование инфракрасной области спектра может иметь преимущества по сравнению с видимыми лучами.
На расстоянии 10 км в дымке ослабление инфракрасных лучей с длиной волны около 3 мкм составляет не более 0,00013.
