в) определяем эквивалентную толщину слоя атмосферы для трех значений дальности:

Z.1-0.17- 10-1,7 км;

Lj-0,17 . 20 = 3,4 км;

L3 = 0,17 40 = 6,8 км

и вписываем в табл. 9 значения спектральных коэффициентов пропускания излучения углекислым газом т^,;

г) пользуясь графиком (рис. 106) и соотношением (4.50), определяем спектральные коэффициенты молекулярного и аэрозольного рассеяния Тр для трех значений дальности; i-р так как в рассматриваемом дианазо- uJ-,S не спектра 2-6 мкм коэффициен- шп ты Тр слабо зависят от длины вол- Qd ны, возьмем их средние значения}

5.0 4.0 S.0 7.0 1.0 О

71

to- 20 30 34L.HM Рис. 108. Пример численного расчета максимальной дальности действия несканирующего теплопеленгатора.

2,0 3,0 4.0 5.0 Хшм Рис. 109. К численному расчету коэффициента -л использования приемника излучения:

/ - Sj, = /, (X): 2 -= и (W; 3 - и\) /. (К).

д) находим спектральные коэффициенты пропускания атмосферы

Та = с Т

у.г

и результаты расчета заносим в таблицу;

е) по формуле (4.35) рассчитываем коэффициенты К для трех значений дальности. Для этого строим в одном масштабе кривые: спектраль-ной чувствительности приемника излучения 5 = /j (X), спектральной функции пропускания атмосферы Та = /з (X) и спектральной плоскости

лучистого потока в относительных единицах

( х.)макс

В результате графо-аналитического расчета получаем

10 -НК--0,103;

h (X) (рис. 107).

55 320

84 320

. 0,172;

.0.2631

ж) представляем выражение (4.46) в виде тяУАпД/х^тор^макс-

npSoceaSa COS ааТ^К

(4.51)

и строим по трем точкам кривую зависимости правой части уравнения (4.51) от дальности L (рис. 108):

Ф, (L) = т„р5<8,5ц cos аоТ'К [г [) - г

. 0,8 200 0,9 10* cos 20° 5,67 Ю 800* 0,59К( = 1.77- Ю'/Сс

ьзования приемника излучения натурой 300° С, для чего строим

./4(Х) и Sh() (рис. 109).

з) рассчитываем коэффициент использования приемника излучения А при тарировке по черному телу с температурой 300° С, для чего строим

в одном масштабе кривые -

(х.57з)макс

Интеграл, входящий в формулу (4.45), определяем графически. Получаем ч = 0,69;

и) строим кривую зависимости левой части уравнения (4.51) от дальности L (рис. 108), принимая коэффициент m = 5:

02 (L) = тя /iafпор^макс =

= 5 3,14 Y5 lO-i! 103 0,69 5 10 Lз^;

к) в тс1чке пересечения кривых Щ и Ф^ (L) получаем искомую дальность 1, = 34 км.

Рассмотрим теперь случай, когда объект наблюдается на однородном излучающем фоне (неравномерность которого не может быть выявлена прибором). При наличии постоянной засветки чувствительной площадки приемника, вызванной излучением однородного фона, максимальная дальность действия теплопеленгатора уменьшается за счет ухудшения пороговой чувствительности приемника и уменьшения величины полезного сигнала.

Определим величину лучистого потока, воспринимаемого приемником, без учета экранирования части фона наблюдаемым объектом, так как последний предполагается малоразмерным. Воспользовавшись ранее полученным выражением (4.41), запишем

рФ 1пр5обФ'5ф cos ссаТ Р ~--4

м.ф

. (4.52) 196

Согласно рис. 110,

<? - Jl?n .

Оф----

кроме того, = и z { z

температура фона мала, а Ям.ф велико, поэтому

так как

с4>

пр -

прРоб?п 4/,

ефТ;(тсо5а2(-5)/<:ф. (4.53)

Выражение (4.41) получено в предположении, что величины а и L одинаковы для всех участков поверхности

Рис, 110. К расчету лучистого потока, воспринимаемого приемником от фона.

излучения. Если угол зрения прибора мал, это условие практически выполняется; при больших углах зрения необходимо площадь фона, охватываемую углом зрения теплопеленгатора, разбить на несколько участков, в пределах которых величины а и L изменяются несущественно, и рассчитывать величину fnp по участкам.

Засветка чувствительной площадки приемника излучения приводит к возрастанию его порогового потока. Описание этой зависимости для фотосопротивлений в аналитической форме затруднительно и возможно только в некоторых частных случаях. Чаще влияние засветки на чувствительность приемника учитывают, пользуясь экспериментально полученными данными. Так, например, на рис. 111 изображен график, показывающий зависимость

коэффициента ft* = ~ от величины лучистого потока

* пор

/ пр, воспринимаемого приемником от фона, для неохлаждаемых и охлаждаемых фотосопротивлений [55].

По данным работы [4] кривую, характеризующую зависимость чувствительности фотосопротивлений на основе PbS от облученности фона и построенную в логарифмичес-

ких координатах, можно разбить на три участка: постоянной чувствительности (£ф < 10 Вт/см*), нелинейного спада чувствительности (10 < £ф < 10~ Вт/см*) и линейного уменьшения чувствительности (£ф > \0Г^ Вт/см*). Тангенс угла наклона линейного участка у восьми образцов фотосопротивлений с размерами чувствительных площадок 1 X 1 мм; 1,7 X 1,4 мм и 3 X 3 мм примерно одинаков и в среднем близок к единице.

При больших значениях потока Ftp коэффициент = = (5 8), что приводит к уменьшению максимальной

StO- 10Ю-* 15I0-* f %.- Рис. 111. График зависимости коэффициента й* = = /nopZ/nop от величины лучистого потока, воспринимаемого охлаждаемым {/) и не-охлаждаемым^) приемником от фона.

Рис. 112. График зависимости выходного напряжения приемника от падающего лучистого потока.

дальности действия в Yk раз. Уменьшить коэффициент ft* можно, уменьшая величину Ftp. Как следует из формулы (4.53), этого можно достичь при прочих равных условиях уменьшением площади q чувствительной площадки приемника излучения (что выгодно также с точки зрения уменьшения собственных шумов приемника) и увеличением фокусного расстояния объектива /об-Лучистый поток Ftp, определяемый по формуле (4.53), влияет не только на пороговую чувствительность приемника, но и ведет к уменьшению величины полезного сигнала. В самом деле, рассмотрим график зависимости выходного напряжения приемника от падающего лучистого потока (рис. 112). у фогорезисторов, которые чаще всего применяют в теплопеленгаторах, этот график имеет линейный участок, простирающийся до значений лучистых потоков порядка (W-10*) Fnop- При работе фоторезистора в режиме линейного участка характеристики приращение

лучистого потока на величину AF вызывает изменение выходного напряжения на AU. Обнаружение теплоизлучающего объекта возможно при условии, что величина A.U превышает определенный уровень. В том случае, когда в поле зрения теплопеленгатора попадают фон и объект одновременно, приемник излучения находится под воздействием суммарного лучистого потока от объекта и фона. Разностный лучистый поток, определяющий сигнал AU на выходе приемника,

AF=Ft; + Fp-Ftp, (4.54)

где Гпр - лучистый поток от фона с учетом того, что часть его площади, равная площади 5ц наблюдаемого объекта, экранируется последним.

Используя формулы (4.41), (4.52) и считая, что г(ф-]2(ф-], получаем

П; Ft- -npW.cosaar .

д/г Ч'обц cos а

м.ц /

- %КфТ1г

Относительное уменьшение лучистого потока и сигнала

6=1--

ф

(4.56) рабочего

(4.57)

Наиболее сложным случаем для расчета максимальной дальности действия теплопеленгатора является такой, когда наблюдаемый объект расположен на неравномерном теплоизлучающем фоне. При последовательном просмотре такого фона в поле зрения прибора попадают участки с различной лучистостью, и поток, воспринимаемый приемником излучения от фона, можно представить как сумму двух составляющих: постоянной Гпр и переменной AFtp. Первая составляющая обуславливает ухудшение чувствительности приемника излучения, вторая участвует в образовании напряжения шумов, которое обычно превышает напряжение

собственных шумов, создаваемых приемником и электронной схембй усиления рабочего сигнала.

Для уменьшения влияния переменной составляющей потока AFtp приходится снижать чувствительность прибора, хотя это и ведет к уменьшению дальности действия теплопеленгатора. Можно также уменьшать мгновенный угол зрения прибора за счет площади чувствительной площадки приемника излучения.

Для расчета дальности действия теплопеленгатора по объектам, расположенным на неравномерном теплоизлучающем фоне, необходимо знать статистические характеристики фоновых ансамблей. В общем случае такой расчет представляет трудную задачу, решение которой выходит за рамки данной книги.

17. ОПРЕДЕЛЕНИЕ МАКСИМАЛЬНОЙ ДАЛЬНОСТИ ОБНАРУЖЕНИЯ МАЛОРАЗМЕРНЫХ ОБЪЕКТОВ СКАНИРУЮЩИМИ ТЕПЛОПЕЛЕНГАТОРАМИ И ТЕПЛОВИЗОРАМИ

Поле обзора при последовательном просмотре можно рассматривать как совокупность отдельных элементов, угловой размер которых равен мгновенному углу зрения прибора. Когда в мгновенном поле зрения появляется объект наблюдения, на выходе электронной схемы возникает рабочий сигнал. Максимальная дальность действия, на которой может быть обнаружен объект, зависит от отношения сигнал/шум. В том случае, когда шумы прибора определяются главным образом шумами приемника излучения, отношение напряжения рабочего сигнала С/ к среднеквадра-тическому напряжению шумов Um определяется зависимостью [100]:

sin YDg6 /

(4.58)

где п - показатель преломления среды, окружающей приемник излучения; Р = Ь1шп\ = 1Тобз,

(4.59)