Использование инженерной методики ГОИ для расчета пропускания атмосферы при моделировании работы оптико-электронного прибора
Разработка оптико-электронных приборов для космических аппаратов. Методика расчета спектральной прозрачности атмосферы для источников неселективного излучения. Компьютерное моделирование атмосферных аномалий. Построение высотных профилей аэрозолей.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 07.12.2018 |
| Размер файла | 637,2 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
Государственный оптический институт (ГОИ)
Использование инженерной методики ГОИ для расчета пропускания атмосферы при моделировании работы оптико-электронного прибора
А.В. Варзанов, М.С.Киселева
«Инженерная методика» расчета спектрального пропускания атмосферы хорошо подходят для использования при компьютерном моделировании работы оптико-электронных приборов. Её простота позволяет пересчитывать пропускание на каждом кадре, а точность обеспечена большим объемом проведенных исследований.
В 1989-м году в ГОИ вышла последняя версия «Инженерной методики» [1], базируется она на множестве выполненных измерений и предназначалась для быстрого расчета спектрального пропускания атмосферных трас. Методика почти не требует использования вычислительной техники, основная идея - для расчета пропускания атмосферы используются эмпирические формулы
, (1)
Здесь i-номер поглощающей компоненты, H-высота, dl - участок оптической трассы, в(лi), m(лi), ni/mi - табличные параметры, приведенные в модели.
Такой метод позволяет учесть реально наблюдаемые «аномалии» атмосферного пропускания - например, отклонение от закона Бугера, и при этом приводит к простой и быстрой процедуре вычислений. Сейчас доступность и возможности вычислительной техники расширились, зато появились задачи компьютерного моделирования, где пропускание трассы нужно рассчитывать многие тысячи раз. И тут быстрый алгоритм (1) оказался очень кстати
При моделировании наблюдения с движением цели или наблюдателя метод часто позволяет организовать рекуррентную процедуру расчета, что дополнительно экономит вычислительные ресурсы. Недавно базирующаяся на методике программа была переписана под Windows. Покажем ее работу на тестовом примере. После запуска программы на экране появляется поле ввода исходных данных. В качестве примера введем вариант:
Рис.1
Этот вариант соответствует примеру расчета на стр.31 методики [1]. Нажимаем «Пуск» и получаем спектральное пропускание выбранной атмосферной трассы:
Рис.2
Справа видим «кнопки», с помощью которых можем просматривать вклад отдельных поглощающих компонент в поглощение на трассе. Видим, что на длине волны 4.6мкм поглощение и рассеяние всеми компонентами атмосферы практически совпадают с приведенными в [1] тестовыми значениями.
Нажав «Сменить условия», можно изменить условия и вновь произвести расчет. При этом результаты будут отображены в том же самом поле, что удобно для сравнения результатов. Например, перебирая разные типы аэрозоля от «легкой дымки» до «ледяной дымки» при сохранении прочих параметров, получим картину:
Рис.3
Видим иллюстрацию известного факта: одной и той же картине в видимой области могут соответствовать различные пропускания трассы в ИК диапазоне. Кнопкой «Очистить» можно убрать с экрана результаты всех расчетов, кроме самого последнего.
Теперь снизим МДВ до 10-ти километров, спектральный интервал возьмем 0.5-1.6мкм (кремниевые ФПУ и компактные лазеры, практически интересный для многих случай) и оценим зависимость коэффициента пропускания той же трассы от угла наклона. На рисунке 4 спектры соответствуют углам наклона 0, 30, 60, 90° над горизонтом:
Рис.4
Видим, что пропускание 16-километровой трассы, наклоненной на 30°, соответствует горизонтальной трассе длиной 2500 метров:
Рис.5
Столь крутой рост пропускания трассы с увеличением высоты напрямую следует из включенных в модель [1] высотных профилей аэрозолей, также отображаемых программой:
Рис.6
Для высот до 5км в модели [1] приведена формула, связывающая метеорологическую дальность видимости, показатель рассеяния аэрозоля и изменение этого показателя с высотой. Приведенные на рис. 4результаты этой формуле соответствуют.
Модель [1] не позволяет проводить расчеты для длины волны более 6мкм, однако в рабочем порядке в 90-е годы были получены данные для длин волн до 14мкм. спектральный прозрачность атмосфера
С использованием этих данных в качестве еще одного тестового примера рассчитаем спектр пропускания горизонтальной трассы длиной 1 морскую милю (1852 метра) при слое осажденной воды 17 миллиметров: этот случай приведен в [2] и во многих других источниках
Рис.7
В соответствии с [3] слою осажденной влаги 17мм на трассе длиной 1 милю соответствует влажность 53% при 20°С, а рассчитанный спектр пропускания оптической трассы для «сельского» аэрозоля имеет вид:
Рис.8
Видим хорошее совпадение результатов во всем диапазоне длин волн. Однако в [2] не указан тип аэрозоля, для которого получен рисунок 7. Выбор в программе другого типа аэрозоля (не «сельского») приводит к заметно отличающимся результатам.
Важно отметить, что наряду с достоверностью результатов очень важное требование к вычислительным программам в данном случае - их единообразие: для получения сравнимых результатов все разработчики оптико-электронных приборов должны считать пропускание атмосферы одинаково. В противном случае результаты их расчетов нельзя будет сравнивать между собой.
Потому основная цель доклада - не научить слушателей считать пропускание атмосферы, а послушать их, обменяться опытом и сделать шаг к какой-то общей договоренности.
Литература
1) Инженерная методика расчета спектральной прозрачности атмосферы в области спектра 0.22-6.0мкм для источников неселективного излучения. Принята на МНТКС 21 марта 1989г.
2) Госсорг Ж. Инфракрасная термография. М., Мир, 1988
3) Инженерный справочник по космической технике М., Воениздат, 1969 (стр.54)
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Экспериментальные исследования зависимости коэффициента ослабления МЛИ от энергетических параметров излучения. Лазерная допробойная оптоакустика атмосферы. Методология натурных экспериментов и их результаты. Сравнение модельных расчетов и результатов.
реферат [2,4 M], добавлен 09.07.2009Взаимодействие излучения высокой энергии с веществом, корпусов космических аппаратов с окружающей плазмой. Лабораторное оборудование для проведения радиационных испытаний космических аппаратов, исследования радиационных воздействий в натурных условиях.
курсовая работа [910,3 K], добавлен 14.06.2019Физика атмосферы. Спектральные исследования атмосферы Земли. Линии кислорода. Линии натрия. Линии водорода и гидроксила ОН. Атмосферный озон. Поляризационные исследования атмосферы Земли. Взаимодействии атмосферы Земли с излучением Солнца.
реферат [44,6 K], добавлен 03.05.2007Принципы электронного сканирования пространственных распределений температуры по одной или двум координатам. Упрощенные схемы тепловизоров, реализующих оптико-механическое и электронное сканирование. Приемники оптического излучения, оптика тепловизоров.
реферат [1,4 M], добавлен 07.05.2014Расчет выпрямителей с емкостной реакцией нагрузки. Методика расчета ключевых стабилизаторов напряжения. Программные средства моделирования схем источников вторичного электропитания. Алгоритмы счета и программная реализация стабилизаторов напряжения.
дипломная работа [704,4 K], добавлен 24.02.2012Оптико-гальванічна спектроскопія. Оптогальванічна лазерна спектроскопія. Експериментальна установка для оптогальванічної спектроскопії розряду в лампі з пустотілим катодом. Оптико-рефракційні методи. Метод термолінзи. Дефлекційний метод – міраж – ефект.
реферат [671,6 K], добавлен 22.04.2007Теоретические основы оптико-электронных приборов. Химическое действие света. Фотоэлектрический, магнитооптический, электрооптический эффекты света и их применение. Эффект Комптона. Эффект Рамана. Давление света. Химические действия света и его природа.
реферат [1,0 M], добавлен 02.11.2008Методика расчета выпрямителя источников электропитания электронных устройств, его графическое представление. Определение напряжения и тока на выходе. Мультиплексоры и способы поиска сигналов для их настройки. Понятие и назначение в цепи триггера.
контрольная работа [989,7 K], добавлен 25.11.2009Состав атмосферы Земли и особенности влияния на нее вращения планеты. Последствия исчезновения воздушной массы. Изобретение ртутного и электронного барометров. Применение их при измерении давления воздуха. Единица измерения атмосферного давления.
презентация [562,5 K], добавлен 17.03.2015Обобщение и углубление теоретических знаний в области расчета и анализа электронных схем. Развитие самостоятельных навыков по выбору компонентов, расчету характеристик и энергетических показателей источников питания. Описание расчета трансформатора.
курсовая работа [2,2 M], добавлен 11.04.2019Проектирование архитектуры CAD-приложения для расчета молниезащиты и заземления. Интеграция программы с САПР. Построение зон защиты молниеотводов. Моделирование грозовых перенапряжений на электрической подстанции при ударе молнии в воздушную линию.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 13.10.2017Структурная схема эффекта Поккельса - изменения показателя преломления вещества под действием внешнего электрического поля. Характеристики ячеек Поккельса. Условия эксплуатации оптико-электронного трансформатора напряжения. Погрешность его измерения.
реферат [130,5 K], добавлен 19.05.2014Практическое значение изучения движения падающих космических тел. Температурный режим различных слоев атмосферы. Классификация космических тел по плотности и структуре. Расчеты и графики зависимости массы космического тела в виде шара от скорости падения.
реферат [156,7 K], добавлен 10.11.2009Оптические свойства аэрозолей. Релеевский закон рассеяния. Взаимодействие электромагнитного излучения с одиночной частицей. Оптические характеристики аэрозолей. Пределы применимости теории Ми. Процессы взаимодействия излучения с аэродисперсными частицами.
реферат [748,7 K], добавлен 06.01.2015Взаимодействие лазерного излучения с атомами. Пробой жидкостей под действием лазерного излучения. Туннельный эффект в лазерном поле. Модель процессов ионизации вещества под воздействием лазерного излучения. Методика расчета погрешностей измерений.
дипломная работа [7,4 M], добавлен 10.09.2010Понятие об оптическом волокне. Прохождение светового излучения через границу раздела сред, а также в оптических волокнах, определение окон прозрачности. Стабильность мощности лазерного излучения. Принципы измерения мощности на разных длинах волн.
курсовая работа [832,5 K], добавлен 07.01.2014Типы ионизирующих излучений. Единицы измерения доз и радиации. Взаимодействие ионизирующего излучения с веществом. Расчет дозных распределений. Дозиметрия при имплантации источников. Разработка программного обеспечения для расчета изодозных полей.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 18.07.2014Создание аппаратуры для измерения параметров разреженной атмосферы. Механизм возникновения самостоятельного газового разряда в скрещенных электрическом и магнитном полях. Алгоритм моделирования, разработка и описание программы. Испытания и анализ данных.
дипломная работа [1,4 M], добавлен 10.11.2011Понятие и источники теплового излучения, его закономерности. Классификация пирометрических методов и приборов измерения температур. Устройство и принцип работы пирометра типа ОППИР-09, методика проведения его поверки, возможные поломки и их ремонт.
курсовая работа [794,4 K], добавлен 02.12.2012Выбор метода регистрации магнитограмм. Магнитооптический эффект Керра. Материалы для магнитооптических устройств и их характеристики. Выбор и обоснование конструкции оптико-электронного устройства регистрации магнитограмм. Крепление оптических элементов.
дипломная работа [2,0 M], добавлен 09.06.2014
