Способ оптической сигнализации в тумане

,Д,Пинчук ьств /00,(57) Изпередачненной ся зон зольно правле ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИИ В 64 Р 1/18 э Р 21 О 3/02 э 1976, (54) СПОСОБ ОПТИЧЕСКОЙ СИГНАЛИЗАЦИ В ТУМАНЕ бретение относится к област световых сигналов в замуттмосфере с помощью светящей создаваемой благодаря аэро рассеянию энергии узконаого светового луча, который распространяется по каналу просветления, образованному малорасходящимся пучком инфракрасного излучения.Целью изобретения является увеличение яркости светящейся зоны. Длядостижения поставленной цели послеобразования 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 яркостисветящейся зоны. В результате испарения аэрозоля и образования множествамелких капель за счет переконденсации пара яркость светящейся зонывозрастает, что позволяет повыситьее видимость и дальность обнаружения.1 илИзобретение относится к передачесветовых сйгналов в тумане, можетбыть применено для оптической связи,обеспечения безопасности и регулирования движения авиационного и морского транспорта при ограниченной дальности видимости и является усовершенствованием способа по авт. св.У 527729,10Белью изобретения является увеличение яркости светящейся эоны,На чертеже схематически показанопространственное распределение яр -кости В, светящейся зоны вдоль трассы распространения излучения при стационарном или установившемся режиметеплового воздействия на туман (кривая 1), Такое распределение яркостиобусловлено характерным изменениемразмеров испаряющихся капель в зоне(кривая 2): по мере увеличения расстояния Х от источника инфракрасногоизлучения радиус капель г монотонновозрастает от О, асимптотически 25стремясь к значению, которое соответствует первоначальному состоянию тумана, до момента воздействия (пунктирная прямая 3). Максимальная яркость В светящейся зоны реализуется 30опна расстоянии Х = Х , при этом гВеличина Х определяется с по 11 Р тмощью трансцендентного уравненияЬ , 137 ооа для определения г можно воспользоваться выражениемВ(1+ 0), (2) . 40Здесь Б - метеорологическая далью; ность видимости в тумане,- безразмерный параметр, зависящий от микРостРуктуРы 45аэрозоля,(1 - функция теплового действия, известным образомсвязанная с интенсивностьювоздействующего излучения 5микроструктурой аэрозоля,скоростью ветра, температурой среды;Р = (ео - 1) ео- начальная оптическая толоща слоя тумана протяженностью Х - для инфракрасного излучения (, = 31.Х /Я,),Когда в поле зрения наблюдателянаходится участок трассы, удаленныйот источника излучения на расстояние Х ( Х яркость светящейся зоныРневелика вследствие малости размеровкапель, Если же рассеянный свет воспринимается из области с Х ) Хуменьшение яркости зоны вызвано значительным ослаблением светового луча,на предыдущем участке трассы. Поэтому световым ориентиром служит участок светящейся зоны, локализованныйвблизи Х . Чтобы улучшить видимостьи повысить дальность обнаружения светящейся зоны с объекта наведения,требуется увеличивать яркость зоныпо сравнению с соответствующим пороговым значением В для данного фона(пунктирная прямая 4), Увеличениеяркости светящейся зоны просто засчет увеличения интенсивности посылаемого в туман светового луча имееттот недостаток, что при этом оно происходит равномерно на всех участкахтрассы (кривая 5) и значительнаячасть энергии нерационально расходуется вследствие рассеяния света иэучастков, яркость которых заведомониже пороговой (заштрихованная область на рисунке),Для увеличения яркости светящейсязоны после образования канала просветления путем теплового воздействия на туман инфракрасным излучениемсоосно световому лучу посылают второйузконаправленный пучок инфракрасного излучения с интенсивностьюр,-10-з- (1 + 0 ) 11+(е -1)е+ (е- 1)е 1остаточная оптическая толща слоя тумана протяженностью Х после образования канала просветления,Ч"ф - функция тепловогодействия для второго пучка инфракрасного излучения;Т, - температура среды,Облучение светящейся зоны вторымпучком инфракрасного излучения приводит к значительному увеличениюсчетной концентрации мелких капель, но поскольку эта зона облучается световым лучом той же интенсивности, что и в способе-прототипе, то ввиду увеличения рассеяния световой энер 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 сигала, уровень которого превышает В (кривая 6 на рисунке) .Известно, что процесс испарения капель в радиационном поле при определенных условиях может сопровождать 25 ся явлением перекокденсации водяного пара с образованием множества мелких вторичных капель. Повышение счетной концентрации мелких капель вызывает 1относительное увеличение оптической плотности аэрозольной среды в видимом диапазоне спектра длин волн, которое 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 среды40 имеет вид1 К(г) г=ехр(0,6510Т -О, 275 Т ++ 26,6),45где К (г) - фактор эффективности полглощения инфракрасногоизлучения каплей радиусом г.Сущность способа заключается в50 необходимости использования второго пучка инфракрасного излучения с такой интенсивностью, чтобы инициировать переконденсацию пара,в области Х = Х , т,е. при испарении капель55 радиусом г = г . Для характерных микроструктур существующих в,природе типов туманов (К10- см) величина К (г 1 = 10 г . Поэтому с учетом ,нелинейного ослабления инфракрасного излучения в испаряющемся аэрозоле на участке трассы Х ( 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 г ( г на участке трассы ХХ 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 эа счет образования здесь множества мелких капель при переконденсации водяного пара.Пусть например, оптическая сигнализация осуществляется в капельном тумане с Б= 150 м, К = 5 10см и Т = 273 К. Источником светового оизлучения является Не-Ие-лазер (длина волны Л = 0,63 мкм), Образование канала просветления в тумане производится путем теплового воздействия на него коллимированным пучком СО - лазера ( = 10;6 мкм) с о = 10. В этом случае параметр 1 = 0,43, О, =22, а максимальная яркость светящейся зоны, создаваемой по способу- прототипу, 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 1 = 4 10 Вт/см. Отношение В/В, составляет при этом щ 30. Такое существенное увеличение яркости светящейся зоны дает воэможность значительно улучшить ее видимость и повысить предельную дальность обнаружения с объекта наведения.Формула изобретенияСпособ оптической сигнализациив тумане по авт. св. У 527729, о т(с 1 -Тп 0 1.расстояние от источника изолучения до области с максимальной яркостью светящейся зоны, м;Б - метеорологическая дальностьвидимости в тумане, м;- безразмерный параметр, равоный отношению показателейослабления в тумане инфракрасного излучения и светового луча; 1 О г=1 п 1+15 +(еф)"е 1 где В Р Цс ещлеи лисеева Ректор О,Луговая 367/39 Тираж 466 ВНИИПИ Государственного комитета С по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская набЗак писное 5 оизводственно-полиграфйческое предприяти Ужгород, ул. Проект л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью увеличения яркости светящейсязоны, после образования канала просветления соосно световому лучу посылают второй узконаправленный пучок 5инфракрасного излучения с интенсивностью 1=10К(1+9 ) 11+ (е -1) еехр (О, 65 10- Т,-О, 275 Т, + 26,6),радиус капель тумана, см;(е"ф -1) ефункция теплового действия для первого пучка инфракрасного излучения, характеризующая эффект просветления;начальная оптическая толщаслоя тумана протяженностьюХ Составитель И Редактор М,Циткина Техред И.Поиоостаточная оптическая толша слоя тумана протяженностьюХ после образования каналапросветления;функция теплового действиядля второго пучка инфракрасного излучения;температура среды, К,