Поглощение и рассеянье макроскопическими частицами.

Были определены как объемные факторы среды, сквозь которую распространяется излучение, но их происхождение связано с взаимодействием между излучением и частичками, образующими среду. Размеры частичек гораздо меньше, чем длины волн излучения, так что электрическое поле в некоторый момент времени можно считать постоянным для всей частицы. Концепцией для понимания вопросов поглощения и рассеяния частичками является поляризумость α. Она определяется таким образом, что дипольный момент р, индуцированный в частице при нахождении ее в электрическом поле E равен α E.

Рассмотрим поглощение частичками электромагнитной энергии. Если индуцированный дипольный момент р изменяется со временем, то мгновенная скорость рассеяния энергии составляет E dp/dt. Пусть электрическое поле в окрестностях частички равно , тогда для дипольного момента можно записать:

 

5. На фотографии снятой по надиру изображено здание. Один угол основания здания имеет координаты (30,5 мм, 62,0 мм) в левом нижнем углу негатива. Соответствующая вершина здания с координатами (19,0 мм и 58,0 мм). Аналогично координаты соседнего угла (30,5 мм, 73,0 мм). f камеры 88 мм, расположенной на Н = 212 м. Найти координаты главной точки фотографирования, высоту и ширину здания.

Решение: а) Обозначим заданные точки А, В, С и D соответственно. Точка Р является пересечением проекций линий DC и ВА, так как это изображение вертикальной линии. Из простой геометрии получаем координаты точки Р это (81,1 мм, 79,6 мм). (Чертеж поможет определить геометрию, но не даст необходимой точности.)

б) Используя уравнение (), получаем: h' = АВ = 12,18 мм и x' = АР = = 53,57 мм. Если Н = 212 м, то h = 39,3 м. Повторив вычисления для СД получаем: h' = 11,60 мм и x' =51,03 мм. Следовательно, h = 39,3 м и в этом случае.

в) Масштаб негатива составляет f H ≈ 1 2409. Отрезок АС = 11,0 мм и соответствует ширине здания в этом масштабе. Следовательно, ширина равна 26,5 м

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ БІЛЕТ № 9

1. Сущность эффекта Доплера, и его значение для радарных систем ДЗ.

Эффекта Доплера возникает, если источник электромагнитного излучения частоты f движется по отношению к наблюдателю (или датчику), наблюдатель зарегистрирует другую частоту сигнала f '. Если источник приближается к наблюдателю или, что эквивалентно, наблюдатель приближается к источнику, значение f ' будет больше, чем f, и наоборот.

Если источник S приближается к наблюдателю О со скоростью V, двигаясь под углом θ к лучу зрения (рис. 2.7), доплеровское смещение выражается формулой:

 

где с — скорость света. Однако на практике относительная скорость v будет гораздо меньше скорости света, тогда:

Рис. 2.7. Эффект Доплера. Источник электромагнитного излучения S движется со скоростью v. Наблюдатель расположен в т. О

Исследование эффекта Доплера, несмотря на его малую величину, имеет важное значение для ряда радарных систем, в частности систем с синтезируемой апертурой.

Технология радаров с синтезированной апертурой (SAR).

Схема получения изображения системой SAR. В момент времени t радар будет в точке с координатами (vt, H, 0), а точка рассеивания будет иметь фиксированные координаты (x, 0, 0).

Когда время t меньше, чем x/v, радар приближается к точке рассеивания и возвращенный сигнал будет иметь опережающее смещение Доплера. В момент времени t = x/v смещение Доплера будет равно нулю, а в остальное время оно будет отрицательным. Таким образом, определив смещение Доплера в возвращенном сигнале, можно установить координату x с необходимой точностью

 

2. Что понимают под углом Брюстера и на что он влияет?

Величина θ В называется углом Брюстера. Поляризованное параллельно (вертикально) излучение, падающее на поверхность под углом Брюстера, не может быть отражено, а полностью проникает в среду. Следовательно, можно заключить, что произвольно поляризованное излучение, падающее под некоторым углом на границу между двумя средами, после отражения будет частично поляризованным, а если оно падает под углом Брюстера, то оно будет полностью плоскополяризованным.

 

 

3. Дифракция и как она влияет на параметры систем ДЗ?

Явление дифракции определяет изменения, которые происходят с направлением электромагнитного излучения, когда оно наталкивается на препятствие, испытывая со стороны него некоторое возмущающее воздействие.

Одно из важных практических свойств дифракции состоит в том, что она ограничивает пространственное разрешение систем дистанционного зондирования.

 

Пример хода лучей в системе оптического зондирования.

 

Пример, в котором линза фокусирует параллельный пучок световых лучей на очень

маленький датчик. На рисунке показан ход лучей в соответствии с законами геометрической оптики, т. е. без учета эффекта дифракции. Схема показывает, что все принятое датчиком излучение первоначально представляло собой пучок однонаправленных лучей, т. е. имевших нулевой угол расхождения. В действительности же датчика достигают и лучи, падающие на линзу под несколько иными направлениями. Если изобразить ход лучей в направлении от датчика к линзе, то из­-за ограниченности размеров апертуры, в данном случае — линзы, выходящий пучок света имеет коническую форму с углом раствора λ/ D, где D — диаметр линзы, из этого следует, что дифракция накладывает ограничение на разрешающую способность системы дистанционного зондирования до уровня.≈λ / D, где D — размер линзы, антенны или зеркала установленного на системе для определения пространственных направлений регистрируемых волновых фронтов.

 

4. Свойства и характеристики фотографических пленок.

Реакция фотографической пленки на падающее на нее излучение характеризуется тремя параметрами: чувствительностью, контрастностью и пространственным разрешением. Чувствительность пленки определяется интервалом времени, в течение которого она должна быть подвергнута действию света заданной энергетической освещенности, для того чтобы после обработки прозрачность ее участков изменилась в должной степени.

Чувствительность пленки характеризует ее реакцию на свет единичной интенсивности. В отличие от этого, контрастность характеризует влияние изменения освещенности (или времени засветки). Если небольшие изменения существенно сказываются на прозрачности обрабатываемой пленки, то говорят, что она имеет высокую контрастность, и наоборот.

Светочувствительные свойства пленки можно обобщенно представить графически характеристической кривой (или кривой Хартера—Дриффельда). Она характеризует зависимость оптической плотности D обрабатываемой пленки от логарифма экспозиции X, которой она была подвергнута. Оптическая плотность определяется отношением:

где Т — параметр передачи интенсивности.

Пространственная разрешающая способность ­ это способность систем дистанционного зондирования различать удаленные объекты. Этот параметр систем является одним из самых важных. В фотографических системах он выражается в парных полосах на единицу длины. Разрешающая способность пленки зависит от размера зерна, который равен обычно от 1 до

10 мкм. Более высокой разрешающей способности соответствует наиболее меньший размер зерна, и наоборот. Следовательно, увеличение разрешающей способности уменьшит скорость пленки. Самой высокой разрешающей способностью обладают аэрофотопленки. Такие пленки используются в разведке.

 

ЕКЗАМЕНАЦІЙНИЙ БІЛЕТ № 10

1. Физическая сущность абсорбции и абсорбционной длины и ее практическое применение.

Физическая сущность процесса абсорбции заключается в том, что упругость паров поглощаемого вещества над абсорбентом меньше, чем парциальное давление этого вещества в газе.

абсорбционная длина ( ) определяемый из соотношения:

Ри. 1 - Абсорбционная длина в различных средах. Она сильно зависит от таких факторов, как температура и содержание примесей, особенно при низких частотах.

Абсорбционная длина дает возможность ориентировочно оценить расстояние, которое излучение может пройти сквозь среду, прежде чем его интенсивность существенно уменьшится. Например, после прохождения двукратной абсорбционной длины интенсивность уменьшается в e2раз, т. е. на 14 % по сравнению с ее исходным значением. После прохождения пятикратной абсорбционной длины интенсивность составит лишь 0,7 % исходного значения и т. д. Рис. 1 демонстрирует зависимость абсорбционной длины от частоты для различных материалов

2. Что понимают под спектром ЭМИ? Запишите частоты и длины волн для оптического и ИК диапазонов.

 

Электромагнитный спектр. Диаграмма показывает ту часть спектра, которая представляет интерес для дистанционного зондирования. Указаны условные наименования отдельных областей спектра. Буквы Р, L, S и т. д. обычно используются в дистанционном зондировании для обозначения отдельных участков микроволновой области спектра в соответствии с принятыми в США стандартами для радарной техники. Эти обозначения могут быть другими в разных странах, в частности в военных приложениях. Кроме того, используется различная терминология при разбиении инфракрасной (ИК) области спектра. Принятый здесь термин «тепловая инфракрасная полоса» охватывает диапазон от 3 до 15 мкм, покрывающий большую часть энергии, излучаемой абсолютно черным телом при наземной температуре.

 

3. Поясните процессы поглощения и рассеянья макроскопическими частицами.

 

Поглощение частичками электромагнитной энергии. Если индуцированный дипольный момент р изменяется со временем, то мгновенная скорость рассеяния энергии составляет E dp/dt. Пусть электрическое поле в окрестностях частичками равно

тогда для дипольного можно записать:

Физический смысл этого комплексного экспоненциального выражения содержится в его вещественной части. Мы можем полагать без потери общности величину Е0 вещественной и переписать выражение для Е в виде:

и тогда получим такое уравнение для dp/dt:

Усредненное по времени значение рассеянной энергии можно затем получить путем перемножения этих двух выражений и образования среднего на некотором временном интервале. В результате получим следующее выражение:

 

 

Рассмотрим теперь рассеяние малых (˂˂ λ) частичках. Согласно законам классической электродинамики осиллирующий электрический диполь, мощность которого описывает уравнением

излучает среднюю энергию

Следовательно, для частицы, обладающей поляризуемостью а и находящейся в электромагнитном поле

средняя переизлученная мощность составляет

 

 

 

Как и в случае с сечением поглощения, сечение рассеяния гораздо меньше по площади геометрического сечения частицы, конечно, при условии малости размеров частицы по сравнению с длиной волны излучения.

 

 

4. Какие системы ДЗ применяются в видимых диапазонах и их основные характеристики.

· Лазерное профилирование;

· Лидар.

Лазерное профильрование (лазерная альтиметрия) – это технологии лазерной локации. Короткий импульс света излучается в сторону цели и принимает его отраженный сигнал. Измерив скорость задержки и зная скорость распространения импульса можно определить расстояние между системой и целью.

Источник – лазер. Приёмник – фотодиод. Диапазон – 053-1.06 мкн.

 

 

Это позволяет формировать короткие (порядка 1 нc) и интенсивные импульсы с маленькой угловой шириной.

 

Конструкция лазерной системы профилирования (схематично).

 

 

Лидар.

Основой этого метода является измерение времени возвращения импульса. Однако возможен анализ временной структуры вернувшегося сигнала, и это является основным принципом лидара обратного излучения. Лидары обратного излучения используются для расчета вертикального профиля облаков или аэрозолей в атмосфере по коэффициентам отражения этих ее компонентов. Горизонтальное разрешение лидаров обратного излучения аналогично горизонтальному разрешению систем лазерного профилирования, так как оно определяется шириной лазерного луча. Однако вертикальное разрешение лидаров обратного излучения хуже, так как определяется среднее значение отраженной мощности в некотором интервале высоты; обычно оно составляет от 10 до 200 м.

Билет №13

1. Поляризация и ее особенности. Виды поляризации.

Поляризация - характеристика поперечных волн, описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны. Запишем уравнения для волн повернув координатную систему на 90 градусов вокруг оси z:

Полное распространение волн в направлении оси z описывается уравнениями:

Конкретными значениями величин , , , определяется, как изменяются современем направления векторов электрического поля (также магнитного). Это явление называется поляризацией излучения.

Виды поляризации:

1) Если значения величин в уравнениях и таковы, что направления векторов электрического поля Е остаются неизменными, то излучение называется плоскополяризованным.

2) Если вектор электрического поля вращается в плоскости ху, сохраняя амплитуду постоянной, говорят, что излучение обладает круговой поляризацией.

3) При вращении по часовой стрелке, если смотреть в направлении распространения излучения, поляризация называется правосторонней круговой

 

4) при вращении против часовой стрелки — левосторонней круговой

Степень поляризации электромагнитных волн определяется как доля полной мощности, приходящаяся на поляризованные составляющие. Ее выражение с использованием компонентов вектора Стокса имеет вид:

 

2. Характеристика солнечного излучения

Достаточно хорошей моделью, соответствующей реальному Солнцу, является серое тело (т. е. имеющее постоянную излучательную способность во всем значимом диапазоне длин волн)(эффективная температура составляет 5800 К, а излучательная способность — 0,99. Модель в виде сферы радиусом r = 6,96 ∙ 108 м, удаленной от Земли на расстояние D = 1,50 ∙ 1011 м).

Энергетическая светимость Солнца:

Общая энергия излучения Солнца(средней заатмосферной освещенностью)

энергетическая освещенность Земли

заатмосферная яркость L:

 

 

заатмосферная спектральная плотность энергетической светимости

 

3. Датчики инфракрасных систем формирования изображения. На каких физических принципах основана их работа?

Фотон падает на электрод с самым отрицательным потенциалом (фотокатод) и вызывает инжекцию электрона за счет фотоэлектрического эффекта. Электрон ускоряется промежуточными электродами (динодами) за счет более положительных потенциалов на них. С увеличением кинетической энергии электрон вызывает инжекцию все большего количества электронов из электродов. Этот процесс повторяется много раз с новыми электронами, пока весь поток не попадет на самый положительный электрод (анод). На аноде образуется измеряемый ток. Величина этого тока зависит от интенсивности измеряемого излучения. Минимальная энергия фотона, которая может быть определена фотоумножителем, называется работой выхода W материала фотокатода. W является разницей между энергией электрона в вакууме и энергией электрона в материале фотокатода.

Планарный ПЗС (например, видикон) формирует плоское изображение. Нужно достаточно времени, чтобы определенное количество фотонов от «картинки» попало на датчик. Если датчик находится в движении относительно цели, то применяется пошаговое формирование изображения, чтобы предотвратить его размывание. Вторым способом формирования изображения (при линейном ПЗС или одноэлементном датчике) является сканирование картинки с помощью механики. Датчики при таком способе формирования изображения называются датчиками с постоянным сканированием. Сканирование осуществляется построчно — платформа с датчиком перемещается так, что расстояние до картинки остается постоянным. Такой способ формирования изображения применяется в спутниковых системах.

В случае формирования изображения одноэлементным датчиком требуется другая механика — линейный сканер, который сначала вращается для сканирования строки, а затем передвигается вперед. Такой метод формирования изображения применяется в бортовых системах (аэро и космических).

4. Поясните влияние турбулентности атмосферы на распространение электромагнитных волн.

Турбулентность присутствует в нижней атмосфере, приводя к изменению плотности воздуха, а следовательно, и коэффициента преломления. В результате фаза электромагнитной волны искажается, а это неблагоприятно сказывается на поведении системы обработки изображений. Самый удобный способ описания состоит в применении структурной функции. Она обычно определяется как вариация разности фаз в двух точках, в которых колебания оставались бы в фазе при отсутствии возмущений. Размерность структурной функции — радиан в квадрате. Она зависит от длины волны излучения, а также от расстояния между двумя точками. Важное значение имеет также время, на протяжении которого измеряются вариации фазы. Турбулентность в нижних слоях атмосферывызывает эффекты на радиочастотах.

5 Вычислите коэффициенты рассеяния и плотность воздушных капель при двух скоростях падения дождя: V1 = 1 мм/r V2 = 100 мм/r.

Билет №14

1 Поясните, почему излучательная способность и коэффициенты ограничения Френеля зависят от соленой морской воды в микроволновом диапазоне.

Увеличение солености приводит к повышению электрической проводимости воды, а следовательно, и коэффициента отражения Френеля, что снижает излучательную способность. Диэлектрические постоянные для морской и чистой воды существенно различаются только на частоте ниже 5 ГГц, поэтому зависимость излучательной способности от солености воды выше этой частоты будет незначительна. Рассмотрим эффект неровностей на поверхности воды, возникающих, например, под действием ветра. Данный эффект приводит к снижению отражательной способности и, следовательно, к повышению излучательной способности при направлениях наблюдения, удаленных от нормали. Поэтому наблюдение микроволнового излучения от водной поверхности в направлении надира дает возможность измерять состояние моря. Этот эффект проявляется сильнее на высоких частотах, что соответствует моделям рассеяния он также больше для излучения с горизонтальной поляризацией, чем с вертикальной.

 

2 Фотометрические параметры фотопленки

Единица измерения	Фотометрические параметры	Единица измерения
Вт	Световой поток	лм
Вт/ср	Интенсивность светового потока	кд = лм/ср
ВтДсрм2)	Яркость	кд/м2
Вт/м2	Освещенность	лк — лм/м2
Вт/м2	Светимость	лк = лм/м2

Типичный график фотометрических параметров

3 Чем определяется угловые и пространственные разрешения микроволновых систем на частоте 10 Ггц.

 

4.Рефлектометрия и объёмы ее приминения.

Микроволновый рефлектометр не является системой получения изображений, он измеряет коэффициент обратного рассеивания , часто как функцию угла падения θ. Он вырабатывает непрерывный сигнал или серию импульсов и регистрирует возвращенный сигнал. Измерив мощность возвращенного сигнала, рассчитывают , той части поверхности, на которую падал сигнал. По полученному значению , определяется материал поверхности и его свойства. Существуют три принципиальных метода осуществления этих теоретических рассуждений. Первый заключается в том, что узкий луч должен быть направлен на исследуемую область цели. Так как платформа (самолет или спутник) с рефлектометром движется, то луч исследует цель и строится график обратного рассеянного излучения. Во втором методе фиксируется эффект Доплера в сигнале. В третьем методе используется сканирование очень короткими импульсами и анализ временной задержки возращенного импульса. В отличие от доплеровского рефлектометра, временная задержка возвращенного сигнала не зависит от скорости платформы.Основное применение микроволновой рефлектометрии — это исследование поверхности океана для определения скорости ветра. Метод основан на зависимости высоты волн от скорости ветра. Кроме того, неровности поверхности океана являются анизотропными — гребни и впадины поверхности волн расположены перпендикулярно направлению ветра, что позволяет определить кроме скорости ветра также его направление.

5 Приведите примеры фотографических систем и для каких целей ДЗЗ она применяется

 

В качестве примера фотографической системы может служить бортовая аэрофотокамера для картографии. В таких камерах обычно используется пленка формата 230 мм х 230 мм, фокусное расстояние, как правило, равно 150 мм, а разрешающая способность составляет 50 lp/мм. Кроме того, камерам такого типа присуще очень маленькое искажение. Допустим, такая камера осуществляет фотографирование на высоте 3000 м., площадь охвата составит 4,6 км х 4,6 км, разрешающая способность составит 0,2 м. Полученное картографическое изображение будет иметь масштаб 1: 500. А точность определения высоты объекта составит 3 м.

Бортовой фотоаппарат для картографии снабжен большим запасом пленки и может сделать от 500 до 1000 снимков. Полеты длятся относительно недолго, и пленки быстро отправляются в лабораторию на обработку.

Космические фотосъемки сопряжены с большими проблемами. Сначала были созданы камеры для пилотируемых полетов в космос на непродолжительное время. Затем была создана измерительная камера, которая летала на борту спутника Spacelab­l с высотой орбиты 250 км. Ее фокусное расстояние составляло 305 мм, формат пленки был 230 мм х 230 мм, разрешающая способность была 35 lp/мм (разрешающая способность на поверхности Земли равна 12 м).

 

 

Билет №15

1.Спектральное разрешение и чувствительность систем ДЗ в ИК диапазоне.

Чувствительность системы для определенной длины волны на излучение черного тела с температурой T вычисляется в соответствии с законом Планка: S=T/(L(λ)) * (∂L(λ))/∂T.

Системы формирования изображения в тепловом инфракрасном диапазоне должны обладать высоким пространственным разрешением. На практике тепловой инфракрасный диапазон от 3 до 15 мкм делится фильтрами два канала шириной 1 мкм. Центры каналов располагаются на волнах 4 мкм и 10 мкм. Чувствительность в три раза больше на длине волны 4 мкм, чем чувствительность на длине волны 10 мкм. По этой причине для системы формирования изображения в тепловом инфракрасном диапазоне предпочтительней использовать диапазон от 3 до 5 мкм. Для черного тела при температуре 5800 К. спектральное излучение в 50 раз больше на длине волны 4 мкм, чем спектральное излучение на длине волны 10 мкм. Поэтому при измерениях на длине волны 4 мкм есть риск загрязнения измерений солнечным излучением. В результате измерения в дневное время лучше проводить на длине волны 8—14 мкм, а измерения в ночное время и измерения вулканов проводятся на длине волны 4 мкм.

2. Чем определяется пространственная разрешающая способность фотограмметрических систем

Пространственная разрешающая способность это способность систем дистанционного зондирования различать удаленные объекты. Пространственное разрешение определяется разрешением пленки.(В фотографических(фотограмметрических) системах он выражается в парных полосах на единицу длины.Разрешающая способность пленки зависит от размера зерна, который равен обычно от 1 до 10 мкм. Более высокой разрешающей способности соответствует наиболее меньший размер зерна, и наоборот. Следовательно, увеличение разрешающей способности уменьшит скорость пленки.пленки. Самой высокой разрешающей способностью обладают аэрофотопленки).Если разрешение пленки обозначить l, то разрешение на земле будет равно l/s.Другими словами, цель вида,когда расстояние между полосами как минимум H/lf.Следовательно, разрешение означает, что расстояние между двумя различимыми точками должно быть:rg=H/2lf.Для увеличения разрешения необходимо увеличивать фокусное расстояние. Увеличение разрешения уменьшает угол охвата.

 

3 Радиолокационная альтиметрия. Сущность и области применения.

Радиолокационная альтиметрия похожа на лазерное профилирование. Принцип: определение времени распространения короткого импульса от передатчика до приемника. Различие от лазерного профилирования заключается в типе получаемой информации. В методе радиолокационной альтиметрии ширина луча больше, что позволяет функционировать на более длинных волнах.

Схема радиолокационного альтиметра. Генератор импульсов вырабатывает короткие импульсы с типичной частотой 10 ГГц. Они подаются на антенну, которая излучает их в сторону поверхности Земли. Такая же антенна принимает отраженные импульсы и подает их на детектор для соответствующего анализа. Кроме времени распространения импульса детекторы распознают параметры вернувшихся импульсов

Если расстояние от альтиметра до поверхности равно H, то:

Через короткое время t после этого зоны рассеивания пересечет поверхность по площади, которая будет представлять собой круглый диск с радиусом r, Так как r << H, то радиус будет равен:

 

Таким образом, в начале принимаемая мощность линейно увеличивается со временем. Однако в момент времени t = t 0+ tp, где tp — длительность импульса, зона рассеивания полностью достигнет поверхности.

Далее представим графики зависимости принимаемой альтиметром мощности от времени

Площадь обзора альтиметра - это диск с радиусом r_p:

4 Почему происходит искажение изображения получаемые SAR – системами?

Изображения, получаемые SAR системами с синтезированной апертурой, такую же геометрию искажений, как и в SLR системах. Однако, если «цель» движется, появляется новый источник искажения. Это связано с тем, что эффект Доплера основан на существовании относительного движения. А так как в SAR системах проводится анализ эффекта Доплера, то дополнительная относительная скорость будет вносить некорректность в результаты анализа. Радар движется параллельно оси у, поэтому его координаты (x, y, H), где х и Н — постоянные, а у увеличивается равномерно со скоростью v. Скорость цели относительно радара определяется вектором:

а положение цели относительно радара определяется вектором:

 

 

Смещение Доплера падает до нуля, когда оба вектора перпендикулярны (это следует из уравнения выше):

Из уравнения очевидно, что азимутальное смещение равно 0, когда cos =0,т. е. когда цель движется параллельно или антипараллельно движению радара. Если цель движется перпендикулярно траектории движения радара и приближается к нему,cos =1и смещение происходит в направлении движения радара. Когда цель перемещается от траектории движения радара, смещение происходит в обратном направлении траектории радара. Этот эффект может быть значительным. Для спутниковых SAR систем, когда v >> u, можно записать:

 

 

5. Какие системы ДЗЗ используются в VIR и TIR диапазонах и для каких целей?

Датчик излучения ближнего инфракрасного диапазона является фотоумножитель. Оно основано на вакуумной трубке в которую вмонтированы несколько электродов с различными электрическими потенциалами. Фотон падает на электрод с самым отрицательным потенциалом (фотокатод) и вызывает инжекцию электрона за счет фотоэлектрического эффекта. Электрон ускоряется промежуточными электродами (динодами) за счет более положительных потенциалов на них. С увеличением кинетической энергии электрон вызывает инжекцию все большего количества электронов из электродов. Этот процесс повторяется много раз с новыми электронами, пока весь поток не попадет на самый положительный электрод (анод). На аноде образуется измеряемый ток. Величина этого тока зависит от интенсивности измеряемого излучения.Минимальная энергия фотона, которая может быть определена фотоумножителем, называется работой выхода W материала фотокатода. W является разницей между энергией электрона в вакууме и энергией электрона в материале фотокатода. Фотоумножители и фотодиоды являются одноэлементными датчиками (для того чтобы получить изображение, необходимо соединить большое количество одноэлементных датчиков или сканировать цель одним датчиком). Первый вариант можно реализовать только на основе фотодиодов (прибор с зарядовой связью (ПЗС)). Конструктивно ПЗС представляет собой матрицу из приблизительно 1000 идентичных фотодиодных элементов. Каждый элемент состоит из трех компонентов, которые заряжаются до уровня, зависящего от освещенности элемента. Данные устройства предназначены для:

1) формирования плоского изображения

2) пошагового формирования изображения(если датчик находится в движении относительно цели)

Диапазон:

тепловой инфракрасный диапазон электромагнитного излучения составляет от 3 до 15 мкм. Энергия теплового инфракрасного фотона составляет от 0,1 до 0,4 эВ, которая значительно меньше энергии фотона видимого диапазона. Поэтому изготовление соответствующих фотодиодов для квантовых приемников очень затруднительно. германиевый фотодиод рассчитан на длину волны 1,7 мкм, фотодиод из антимонида индия — на 5 мкм, из кадмийтеллурид ртути — на 15 мкм.

 

 

Билет №16

 

1.Спектральное разрешение и чувствительность систем ДЗ в ИК диапазоне.

Чувствительность системы для определенной длины волны на излучение черного тела с температурой T вычисляется в соответствии с законом Планка: S=T/(L(λ)) * (∂L(λ))/∂T.

Системы формирования изображения в тепловом инфракрасном диапазоне должны обладать высоким пространственным разрешением. На практике тепловой инфракрасный диапазон от 3 до 15 мкм делится фильтрами два канала шириной 1 мкм. Центры каналов располагаются на волнах 4 мкм и 10 мкм. Чувствительность в три раза больше на длине волны 4 мкм, чем чувствительность на длине волны 10 мкм. По этой причине для системы формирования изображения в тепловом инфракрасном диапазоне предпочтительней использовать диапазон от 3 до 5 мкм. Для черного тела при температуре 5800 К. спектральное излучение в 50 раз больше на длине волны 4 мкм, чем спектральное излучение на длине волны 10 мкм. Поэтому при измерениях на длине волны 4 мкм есть риск загрязнения измерений солнечным излучением. В результате измерения в дневное время лучше проводить на длине волны 8—14 мкм, а измерения в ночное время и измерения вулканов проводятся на длине волны 4 мкм.

2.Лазерное профилирование, его особенности и применение, пространственное разрешение и точность системы.

•Лазерное профилирование;•Лидар.

Лазерное профильрование (лазерная альтиметрия) – это технологии лазерной локации. Короткий импульс света излучается в сторону цели и принимает его отраженный сигнал. Измерив скорость задержки и зная скорость распространения импульса можно определить расстояние между системой и целью.Источник – лазер. Приёмник – фотодиод. Диапазон – 053-1.06 мкн. СМ,РИСУНОК. Это позволяет формировать короткие (порядка 1 нc) и интенсивные импульсы с маленькой угловой шириной.СМ.РИСУНОК. Лидар.Основой этого метода является измерение времени возвращения импульса. Однако возможен анализ временной структуры вернувшегося сигнала, и это является основным принципом лидара обратного излучения. Лидары обратного излучения используются для расчета вертикаль