Селективный характер поглощения и рассеяния лазерного излучения атмосферой обусловливает наличие в ней «окон прозрачности», которые наиболее выражены в диапазонах волн 0,38—0,9 и 9—13 мкм. С увеличением высоты слоя атмосферы ширина этих «окон» увеличивается. Излучению рубинового лазера (l=0,6943 мкм) соответствует «окно прозрачности» 0,6932—0,6945 мкм при sпl=0,0023—0,0069 км-1; spl=1,19—0,29 км-1, где sпl и spl — коэффициенты ослабления потока монохроматического излучения атмосферой за счет поглощения и рассеяния, км-1.

Следовательно, ослабление лазерного излучения за счет рассеяния примерно на два порядка больше, чем за счет поглощения, что в основном справедливо и для других «окон прозрачности» атмосферы в оптическом диапазоне волн. Поэтому для «окон прозрачности» атмосферы справедливы приближенные равенства: sl»spl и Таl»e-tpl.

Заметим, что закон Бугера (Формула 3) справедлив при sl£15—20 км-1. Например, при sl=25 км-1 отклонение от этого закона составляет примерно 30%.

Очевидно, что в случае активной локации имеет место двукратное прохождение трассы, т. е. общая длина пути, половину которого проходит прямое лазерное излучение ЛЛС, а вторую половину — отраженное от цели лазерное излучение, определяется как L=21=2R.

При этом мощность оптического сигнала на входе приемника ЛЛС прямо пропорциональна квадрату спектрального коэффициента одностороннего пропускания атмосферы:

где Р20l — мощность отраженного оптического сигнала на входе приемника ЛЛС при ее работе в свободном пространстве.

Следовательно, в интервале малых дальностей (R<Rг), т. е. при работе по протяженной цели, дальность действий ЛЛС в атмосфере

R=R0Tal

Формула 4

максимальная дальность действия

Rmax=R0maxTal

Формула 5

где R0max определяется в зависимости от вида цели.

В интервале больших дальностей (R>Rг), т. е. при работе по точечной цели, дальность действия ЛЛС в атмосфере

Формула 6-7

Формула 4-7 свидетельствуют о том, что ослабление мощности лазерного зондирующего и отраженного оптических сигналов атмосферой приводит к уменьшению отношения сигнал/шум на входе приемника ЛЛС; это, в свою очередь, снижает дальность лазерного обнаружения цели.

На практике для определения коэффициента Таl при работе в «окнах прозрачности» атмосферы пользуются эмпирической формулой

Таблица 1

где lp — толщина рассеивающего слоя атмосферы; cl=spl/spl0 (Для видимого диапазона волн cl»1); l0=0,5 мкм.

Метеорологическая дальность видимости (м. д. в.)

где Vmin=0,02 — пороговая контрастная чувствительность глаза наблюдателя; lо=0,5 мкм.

Под м. д. в. Rм принято понимать предельную дальность видимости темных предметов с угловым размером 0,5° стандартным наблюдателем (Vmin=0,02) в дневное время на фоне неба. Для определения RM можно использовать Таблица 1.

Графики зависимости коэффициента полного ослабления лазерного излучения в атмосфере от метеорологической дальности видимости при различных значениях длины волны излучения sl=f(RM) для различных l приведены на Рисунок 3.

Лазерные измерительные системы. Высокие потенциальные возможности ЛИС[3], обусловленные прежде всего высокими точностными характеристиками, в значительной степени ограничиваются условиями распространения световых волн в реальных материальных средах, в частности в атмосфере (Рисунок 4).

Рисунок 4

Классификация возмущающих полей атмосферы, эффекты их взаимодействия с когерентными оптическими полями и характер возникающих при этом помех.

Наибольшее влияние на оптический измерительный канал оказывает экранирующее действие облачных неоднородностей, которые характеризуются коэффициентами ослабления в десятки и сотни децибел на километр и значительными пространственными и временными масштабами. Внутренний пространственный масштаб — размер облаков и облачных образований колеблется от 10 м до 10 км, а внешний, характеризующий размер поля, достигает сотен и даже тысяч километров. Время жизни полей облачных неоднородностей составляет от нескольких часов до нескольких суток, а отдельных облачных образований — от десятков до сотен минут. Значительно меньшими величинами ослабления, а также пространственных и временных масштабов характеризуются аэрозольные поля.

В условиях прозрачной атмосферы, когда облачные и аэрозольные поля отсутствуют, определяющим становится влияние мультипликативных помех, обусловленных рассеянием оптического сигнала на турбулентных неоднородностях различного масштаба. Внутренний lо и внешний Lо масштабы турбулентных неоднородностей составляют примерно 1 мм и 1 .100 м, а время жизни неоднородностей, соизмеримых с lо, достигает единиц миллисекунд.