Анализ факторов окружающей среды действующих на сигнатуру теплового объекта

мости). Рассматриваемые объекты при движении в атмосфере находятсяв термодинамическом взаимодействиис окружающей средой, и яр-костныеизображения их поверхности в заданных спектральных диапазонах определяются излучением составных частей объекта. Такие факторы как спектральная излучающая способность, пространственное и объемное распределение энергетической яркости, отражение и рассеяние солнечного света, зеркальное отражение и другие, оказывают влияние на излучение объекта. Все эти факторы учитываются при моделировании сигнатуры движущегося теплового объекта.

На рис. 1 изображены факторы, действующие на сигнатуру теплового объекта, при ее имитации, для отработки оптико-механического модуля применяющегося в системе защиты воздушного судна [1].

Во время распространения в атмосфере оптического сигнала имитации теплового объекта, значение характерных точек излучения сигнатуры (т. 1, 2, 3 на графике «а») в начальный момент отличается от характерных точек излучения сигнатуры (т. 1, 2, 3 на графике «б») в момент поступления сигнала сигнатуры в систему защиты воздушного судна при её отработке. Это связано не только со случайными изменениями оптических свойств сигнатуры такими как:

• -    случайные отклонения физических величин от их средних значений (флуктуации) фазы световой волны вследствие флуктуации показателя преломления атмосферы (мерцание, дрожание, размытие);

• -    искривление светового луча в среде с непрерывно изменяющимся показателем преломления (рефракция);

• -    изменения плотности потока по сечению пучка;

• -    нелинейные эффекты (возникают при большой мощности и короткой длительности оптического сигнала), но и главным образом связано с факторами окружающей обстановки

  

Рис. 1. Главные действующие факторы влияющие на имитацию сигнатуры теплового объекта:

Lо – спектральная яркость излучения объекта;

Lс – спектральная яркость излучения солнца (излучаемая и рассеянная);

Lос – спектральная яркость излучения окружающей среды;

Lфсо – фоновое отраженное солнечное излучение от объекта;

Lфос – фоновое отраженное самоиспускаемое отражение от объекта;

Tо – температура объекта (в нашем случае воздушного судна);

Tос – температура окружающей среды;

Tс – температура солнца;

• т ₀ - коэффициент спектрального пропускания поверхности объекта;

• т _со - спектральное атмосферное пропускание от солнца до объекта;

• т _ос - спектральное атмосферное пропускание от окружающей среды до объекта;

• т _ф - спектральное атмосферное пропускание от фона до объекта;

Lвн – внешнее атмосферное излучение на сигнатуру;

Lрс–рассеянный солнечный свет;

Lас – атмосферная самосветимость;

П - телесный угол излучения точечного источника, который находится как отношение площади поверхности излучения (S) к квадрату радиуса сферы излучения (r²): П = S/r²

(рисунок 1). Воздействие на сигнатуру каждого из перечисленных параметров окружающей среды, приводит к её изменению в процессе имитации.

По данным НИИ комплексных испытаний оптико-электронных приборов и систем [2], в общем случае поток излучения, исходящий от объекта наблюдения в направлении ОЭС равен: ф = Т ср к [ Ф об ( T ) + R об Ф ф ( Т ф ) + Т об Ф ф ( Т ф ) + Ф ф ( Т ф )] , (1) где Ф_об(Т) – поток испускаемый объектом при температуре Т; R_об – коэффициент отражения объекта (в случае полупрозрачного объекта); Ф_ф – поток, испускаемый окружающим фоном, Т_ф – температура фона; т _ср - коэффициент пропускания среды; k – постоянная, определяемая геометрией объекта и конструкционными параметрами ОЭС, т _об – коэффициент пропускания объекта (в случае полупрозрачного объекта).

При этом поток излучения является функцией O (x,y,z; у, 0; X, t), зависящим от пространственных координат расположения объекта (x,y,z), углов наблюдения по азимуту и возвышению (у, 0), длины волны излучения А, и времени t.

Однако данное выражение при быстром развитии информационных технологий, становиться не совсем актуальным.

Королевской военной академией Бельгии и Технологическим институтом Рочестера [3] разработаны:

• -    система генерации синтетических изображений DIRSIG, предназначенную для выдачи имитационных изображений в диапазонах от видимого до термального ИК диапазона спектра.

• -    система OSMOSIS с программным обе-

• спечением SAFIR, предназначена для фоно -реалистичной визуализации 3D изображений в спектральной полосе 0,3 - 25 мкм.

• -    система OSSIM, предназначена для имитации ИК эпизодов при разработке ракет. Там же приведены уравнения этих систем.

В работе [4] приведены некоторые свойства сигнатуры и дана характеристика типового временного хода излучения полета ракеты, а в работе [5] описан имитатор, применяющийся для отработки оптико-механического модуля ОЭС защиты воздушных судов. Теоретические основы распространения импульсных сигналов в различных средах рассмотрены в фундаментальных работах [6, 7], результаты которых требуют дальнейшей проработки для практического применения.

В статье предлагается уравнение энергетической яркости сигнатуры теплового объекта с учетом факторов окружающей среды, которые оказывают возмущающие воздействие, и с использованием некоторого допущения, а именно, согласно [8] угол между направлением излучения сигнатуры, и нормалью солнца и объекта, к площади излучения сигнатуры (cos c ) можно принять приблизительно равным единицы (cos c ® 1 ).

Принимая во внимание это допущение, а также то, что математическое моделирование сигнатуры теплового объекта выходит за рамки данной статьи, вычисление энергетической яркости сигнатуры в конечной точке (рис. 1, график «б») можно подытожить в виде проинтегрированного уравнения по длине волны X, с учетом главных действующих факторов окружающей среды:

отраженный солнечный свет с тепловым излучением

энергетическая яркость траектории в атмосфере перенесенный фон

С^-фсо + ^фос)^4^

отраженное излучение

отраженный фон

где s ₀ - способность к излучению в спектре поверхности объекта;

• s _0C- способность к излучению в спектре окружающей среды;

• d П - дифференциал телесного угла, который, как известно из математики, равен: d П = sin 0 d 0 d ф , где d 0 - дифференциал угла к нормали элементарной площадки излучения dS;

• d ф -дифференциал по азимуту.

Остальные обозначения соответствуют обозначениям рис. 1.

Таким образом, для обеспечения технологии имитационного моделирования, было бы интересно разработать комплекс (совокупность) стандартизированных уравнений, которые были бы крайне полезным инструментом для проверки в лабораторных условиях работы, например, вычислителя оптико-механического модуля, использующегося для идентификации ракеты и ее сопровождения или других оптико-электронных систем.