Оптичната радиометрия


Категория на документа: Физика


Технически Университет
София

Курсова работа по "Оптоелектронни и оптични комуникации"

Изготвил: .............................
ФТК, гр..., ф.№ .....................

Проверил:

доц.д-р инж. Цветан Мицев Дата: 15.12.2012 г. подпис/........................./

1. Теория:

Предмет на оптичната радиометрия е дистанционното изследване на обекти. Използват се некохерентни лъчения от естествени източници при изследване на "собственото топлинно излъчване", "преминалото оптично лъчение" и "оптичното разсеяно лъчение". И в трите случая някои от характеристиките на лъча са зависими от средата. Оптичната радиометрия създава и развива методи и средства за изучаване на тези характеристики.

Предимство на оптичната радиометрия е главно работата с измерени величини. ОР е необходима, защото математическият апарат, който развива е много удобен при решаване на конкретни инженерни задачи.

Недостатък на ОР е нуждата от пълно аналитични описание на полето, а в редица случаи то не е възможно само на базата на енергийните характеристики. Т.е. когато е необходимо отчитане на дифракция или интерференция, този метод не важи.

Оптичната радиометрия е приложима при некохерентни лъчи, когато в изследваната зона некохерентността се запазва постоянна. Може да се използва и при кохерентно лъчение, когато се отдалечим достатъчно и средата на разпространение е разрушила достатъчно кохерентността.

2. Извеждане на изразите за оптичните потоци от обекта Фt и от атмосферния обем Фa:

е уравнението за пренос на оптично лъчение в еднородна среда, където е елементарното изменение на енергийната яркост на ОЛ, обусловено от взаимодействията и преобразуванията в обема .
Екстинкцията на падащото по остта z върху лъчение е , където е обемен коефициент на разсейване, а е обемен коефициент на поглъщане.
Собственото лъчение на по остта z е съответно : ,
където е спектралната енергийна яркост на абсолютно черно тяло.
Разсейването по остта z на лъченията, разпространяващи се през по осите z е: , където е пространственият ъгъл разположен около оста z', характеризиращ се с лъчение . е индикатрисата на разсейване. Замествайки всички съставни на оптичното лъчение, за уравнението на пренос, получаваме : .

За простота приемаме, че разсейването на оптичното лъчение от частиците на атмосферното вещество е еднократно и, че в атмосферния канал на нашата оптоелектронна система не попадат светлинни потоци от светлинни източници. Това означава, че =0 и нашето уравнение на преноса се редуцира до , където , , ). Обемните коефициенти на разсейване и поглъщане зависят още и от температурата, затова за z=0 ще имаме T=Tt (температура на обекта), а за z>0 - T=Ta(z) (температура на атмосферата). Следователно спектралната енергийна яркост на АЧТ освен от λ ще зависи и от z. (чрез Ta(z)).
Когато интегрираме уравнението за пренос на оптичното лъчение в границите от 0 до z, решението ще придобие вида:

C е интеграционната константа и се определя от началните условия. Когато положим z=0 горното уравнение добива вида: , където е коефициент на излъчване от повърхността.
Отчитайки полученото и ако допуснем, че атмосферният канал е еднороден, т.е. , и Та не зависят от z, то уравнението на преноса ще добие вида:
(1)
Ако отбележим, че работим в дефиниран честотен интервал , то << и /<< или ако имаме Ta< .

За да направим уравнението практически приложимо за задачата, можем да изразим чрез спектралната плътност на оптичната мощност , която попада в апертурата на приемната антена Ar.

Използваме зависимостите за спектралната плътност на оптичната мощност и спектранлата плътност на енергийната осветеност , където е пространствен ъгъл на зрение в приемната антена. Заместваме тези зависимости в уравнение (1) и получаваме:

, където е потокът в апертурата на приемната антена Ar, съответстващ на елементарният интервал от скалата на .
Ако означим с сумарния коефициент на пропускане на приемния тракт до фотоприемника, то за пълния лъчист поток във входната апертура на фотодетектора ще имаме: . Тъй като имаме определен честотен интервал, приемаме, че , за стойности на честотата в този интервал и за стойности извън интервала. Тогава изразът за лъчистия поток ще добие вида: .
За да можем да използваме израза за решаване на задачи ще го опростим още, като заместим , и с техните средни стойности за дадения честотен интервал, като имаме предвид техните зависимости от температурата на обекта и температурата на атмосферата. Ще ги означим с , и .
При това условие уравнението за лъчистия поток ще придобие вида:
Като имаме предвид зависимостите:
, като е радиационен енергиен изход на оптичното лъчение на АЧТ;

и , където



Сподели линка с приятел:





Яндекс.Метрика
Оптичната радиометрия 9 out of 10 based on 2 ratings. 2 user reviews.