Способ оптической сигнализации в тумане

 

Изобретение относится к области передачи световых сигналов в замутненной атмосфере с помощью светящейся зоны, создаваемой благодаря аэрозольному рассеянию энергии узконаправленного светового луча, который распространяется по каналу просветления , образованному малорасходящимся пучком инфракрасного излучения. Целью изобретения является увеличение яркости светящейся зоны. Для достижения поставленной цели после образования канала просветления соосно со световым лучом посылают второй узконаправленный пучок инфракрасного излучения с интенсивностью, необходимой дли инициирования переконденсации водяного пара на расстоянии, соответствующем максимуму пространственного распределения яркости светящейся зоны. В результате испарения аэрозоля и образования множества мелких капель за счет переконденсации пара яркость светящейся зоны возрастает, что позволяет повысить ее видимость и дальность обнаружения. 1 ил. i (Л |С со 00 4ib СП

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5ц4 F 21 Q 3 02 В 64 F 1/18

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ / -, Н А ВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (61) 527729 (21) 3949850/40-23 (22) 30.08.85 (46) 28.02.87. Бюл. № 8 (71) Институт экспериментальной метеорологии (72) Л.Г,Акульшина и С.Д.Пинчук (53) 656.71:628-55(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР № 527729, кл. С 08 С 23/00, В 64 F 1/18, F 21 О 3/02, 1976. (54) СПОСОБ ОПТИЧЕСКОЙ СИГНАЛИЗАЦИИ

В ТУМАНЕ (57) Изобретение относится к области передачи световых сигналов в замутненной атмосфере с помощью светящейся зоны, создаваемой благодаря аэрозольному рассеянию энергии узконаправленного светового луча, который

ÄÄSUÄÄ 1293450 А 2 распространяется по каналу просветления, образованному малорасходящимся пучком инфракрасного излучения.

Целью изобретения является увеличение яркости светящейся зоны. Для достижения поставленной цели после образования канала просветления соосно со световым лучом посылают второй узконаправленный пучок инфракрасного излучения с интенсивностью, необходимой дли инициирования переконденсации водяного пара на расстоянии, соответствующем максимуму пространственного распределения яркости светящейся зоны. В результате испарения аэрозоля и образования множества мелких капель за счет переконденсации пара яркость светящейся зоны возрастает, что позволяет повысить ее видимость и дальность обнаружения.

1 ил.

1293450 лехр(0,65 10 Т

1 где = 1n(1 +

+ (е — 1)е 1 остаточная оптическая толща слоя тумана протяженностью Х после образования канала проИзобретение относится к передаче световых сигналов в тумане, может быть применено для оптической связи, обеспечения безопасности и регулирования движения авиационного и морско- 5 го транспорта при ограниченной дальности видимости и является усовершенствованием способа по авт. св.

1Ф 527729.

Белью изобретения является увеличение яркости светящейся эоны.

На чертеже схематически показано пространственное распределение яр— кости В, светящейся зоны вдоль трассы распространения излучения при стационарном или установившемся режиме теплового воздействия на туман (кривая 1). Такое распределение яркости обусловлено характерным изменением размеров испаряющихся капель в зоне (кривая 2): по мере увеличения расстояния Х от источника инфракрасного излучения радиус капель r монотонно возрастает от О, асимптотически 25 стремясь к значению, которое соответствует первоначальному состоянию тумана, до момента воздействия (пунктирная прямая 3). Максимальная яркость В светящейся зоны реализуется 30

own на расстоянии Х = Х, при этом r

Величина Х определяется с поrn Р » мощью трансцендентного уравнения

= — -- tq — Pnq j, (1)

3 ) о о а для определения г можно воспользоваться выражением

Г =R(1+0) . (2) 40

Здесь S — метеорологическая дальл !

; ность видимости в тумане, — безразмерный параметр, зависящий от микроструктуры 45 аэрозоля, (1 — функция теплового действия, известным образом связанная с интенсивностью

Воздействующего излучения микроструктурой аэрозоля, скоростью ветра, температурой среды;

Р = (е о — 1)eòî Vh — начальная оптическая тол- 55 о ща слоя тумана протяженностью Х вЂ” для инфракрасного излучения (i, = 3 1.*

Х/S ).

Когда в поле зрения наблюдателя находится участок трассы, удаленный от источника излучения на расстояние Х (Х яркость светящейся зоны о невелика вследствие малости размеров капель. Если же рассеянный свет воспринимается из области с Х > Х уменьшение яркости зоны вызвано значительным ослаблением светового луча. на предыдущем участке трассы. Поэтому световым ориентиром служит участок светящейся зоны, локализованный вблизи Х . Чтобы улучшить видимость (ТЪ и повысить дальность обнаружения светящейся зоны с объекта наведения, требуется увеличивать яркость зоны по сравнению с соответствующим поро— говым значением В для данного фона (пунктирная прямая 4) . Увеличение яркости светящейся зоны просто за счет увеличения интенсивности посылаемого в туман светового луча имеет тот недостаток, что при этом оно происходит равномерно на всех участках трассы (кривая 5) и значительная часть энергии нерационально расходуется вследствие рассеяния света иэ участков, яркость которых заведомо ниже пороговой (заштрихованная область на рисунке) .

Для увеличения яркости светящейся зоны после образования канала просветления путем теплового воздействия на туман инфракрасным излучением соосно световому лучу посылают второй узконаправленный пучок инфракрасного излучения с интенсивностью

I*=10 R- (1 + 0 ) з (1+(е -1) е 1»

-0,275 Т,+ 26,6), (3) светления, — функция теплового действия для второго пучка инфракрасного излуче ния;

Т вЂ” температура среды, Облучение светящейся зоны вторым пучком инфракрасного излучения приводит к значительному увеличению

1293450 счетной концентрации мелких капель, но поскольку эта зона облучается световым лучом той же интенсивности, что и в способе-прототипе, то ввиду увеличения рассеяния световой энер- 5 гии на мелких каплях яркость светящейся эоны возрастает без увеличения интенсивности светового луча. Благодаря одновременному действию просветляющего туман инфракрасного излучения (первого пучка),светового луча и второго пучка инфракрасного излучения указанной интенсивности пространственное распределение яркости светящейся зоны трансформируется так, 15 что его максимальное значение возрастает (В, В ) и оно сужается относительно Х, обеспечивая тем самым увеличение доли полезного сиг ала, уровень которого превышает В„ (кривая 6 на рису ке) .

Известно, что процесс испарения капель в радиационном поле при определенных условиях может сопровождать25 ся явлением перекокденсации водяного пара с образованием множества мелких вторичных капель. Повышение счетной концентрации мелких капель вызывает

1 относительное увеличение оптической плотности аэрозольной среды в видимом диапазоне спектра длин волн, К0торое в данном случае обусловлено увеличением рассеяния, так как поглощение света пренебрежимо мало. Явление переконденсации — пороговое по интенсивности инфракрасного излучения, а зависимость между радиусом капли и пороговой интенсивностью для различных значений температуры среды

40 имеет вид

К (r) r=exp(0,65 10 Т -О, 275 Т +

+ 26,6), 45 где К (r) — фактор эффективности пол глощения инфракрасного излучения каплей радиусом r.

Сущность способа заключается в

50 необходимости использования второго пучка инфракрасного излучения с такой интенсивностью, чтобы инициировать переконденсацию пара,в области

Х = Х, т.е. при испарении капель

55 радиусом r = r . Для характерных микроструктур существующих в .природе типов туманов (R 10 см) величина

К (г 1 = 10 r . Поэтому с учетом ,нелинейного ослабления инфракрасного излучения в испаряющемся аэрозоле на участке трассы X (Х необходимая интенсивность описывается выражением (3) .

Если инфракрасное излучение с такой интенсивностью направить по каналу просветления соосно световому лучу, то увеличение яркости светящейся зоны в области Х =-Х происходит по двум причинам. Одной иэ них является испарение капель радиусом

r < г на участке трассы Х < Х благодаря чему уменьшается ослабление светового луча. и, следовательно, большая часть его энергии доходит до области Х = Х, Вторая причина связана с увеличением рассеивающей способности аэрозольной среды в области Х = Х sa счет образования здесь множества мелких капель при переконденсации водяного пара.

Пусть,. например, оптическая сигнализация осуществляется в капельном тумане с S„= 150 м, R = 5 10 см и

Т = 273 К. Источником светового о излучения является Не-Ne-лазер (длина волны h = 0,63 мкм). Образование канала просветления в тумане производится путем теплового воздействия на него коллимированным пучком СО,,— лазера (P = 10 6 мкм) с а = 10. В этом случае параметр q = 0,43, О =

22, а максимальная яркость светящейся зоны, создаваемой по способупрототипу, локализуется на расстоянии Х = 800 м (, = 6,9) . Для увеличения яркости светящейся зоны на данном расстоянии от источника, согласно предлагаемому способу, после образования канала просветления инфракрасным излучением соосно световому лучу посылают второй узконаправленный пучок излучения СО» — лазера с интенсивностью I* = 4 .10 Вт/см .

Отношение В /В,„ составляет при этом 30. Такое существенное увеличение яркости светящейся зоны дает воэможность значительно улучшить ее видимость и повысить предельную дальность обнаружения с объекта наведения.

Формула изобретения

Способ оптической сигнализации в тумане по авт. св. У 527729, о т

1293450

1*=10- Н- (Т+Я ) f1+(e -1)е )» ехр (О, 65 1 О- Т,-О, 27 5Т, + 26, 6), 10

r=1n (1+

+(е -1)"

° е 1

rpe R

Ц остаточная оптическая толша

Т о сдеюлеиия

Составитель И.Елисеева

Редактор M.Öèòêèíà Техред И.Попович Корректор О.ПУгова"

Заказ 367/39 Тираж 466 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфйческое предприятие, r. Ужгород, ул. Проектная, 4 л и ч а ю шийся тем, что, с целью увеличения яркости светящейся зоны, после образования канала просветления соосно световому лучу посылают второй узконаправленный пучок инфракрасного излучения с интенсивностью радиус капель тумана, см; (е" -1) е функция теплового действия для первого пучка инфракрасного излучения, характеризующая эффект просветления; начальная оптическая толща слоя тумана протяженностью х

= — ш-- x

" 3 . (q -1пЦ 1-расстояние от источника изо лучения до области с максимальной яркостью светящейся зоны, м, S — метеорологическая дальность видимости в тумане, м; — безразмерный параметр, раво ный отношению показателей ослабления в тумане инфракрасного излучения и светового луча; слоя тумана протяженностью

Х после образования канала просветления; функция теплового действия для второго пучка инфракрасного излучения; температура среды, К.