Электрооптические системы. Инфракрасные системы формирования изображения (VIR), страница 13

Как уже упоминалось, зондирование по вертикали имеет относительно низкое разрешение. Значительно большее разрешение достигается при круговом зондировании, когда датчик снимает показания в направлении по касательной к поверхности Земли. Круговое зондирование применяется при измерении поглощения и излучения. Для примера рассмотрим простую модель измерения поглощения.

На рис. 6.23 представлена схема кругового зондирования при измерении поглощения. Датчик располагается в таком положении относительно источника излучения (Солнца), когда линия обзора находится от поверхности Земли на небольшой высоте h0. Можно измерить расстояние х вдоль линии обзора от датчика до этой точки и определить зависимость высоты линии обзора над поверхностью Земли от х: h(x). Допустим, датчик расположен вне атмосферы, тогда оптическая плотность, пересекаемая лучом, будет определяться как:

где _______________ — коэффициент поглощения на высоте h(x). Так как h(x) значительно меньше радиуса Земли R, можно записать:

Следовательно, уравнение оптической плотности будет иметь вид:

Таким образом, функция взвешивания в этом случае пропорциональна для h > h0 и равна нулю при h < h0.

Графики на рис. 6 24 иллюстрируют эту функцию. На практике функция взвешивания при круговом зондировании не так резко изменяется, как показано на рис. 6.24. Это вызвано ограниченным угловым разрешением датчика. Для примера рассмотрим датчик, расположенный на высоте 800 км; при этом h0 = 0. В этом случае расстояние от датчика до точки касания луча поверхности Земли составляет 3300 км. Тогда угловое разрешение системы будет равно 0,1 мрад, что соответствует вертикальной погрешности в 0,33 км.

Круговое зондирование имеет улучшенное вертикальное разрешение по сравнению с вертикальным зондированием, но плохое горизонтальное раз решение. В этом можно убедиться, если рассмотреть круговое разрешение с вертикальным разрешением ________ и функцией взвешивания, значительно большей нуля, для h между h0 и ____________________. Из уравнения (6.22) очевидно, что значения х находятся в диапазоне от __________________до _________________. Типичным значением _____________ является 1 км, a R, как известно, 6400 км. Тогда горизонтальное разрешение составит приблизительно 230 км вдоль линии обзора.

В рассмотренном примере источник излучения (Солнце) находится вне атмосферы. А атмосферное круговое зондирование чаще всего производят при круговом солнечном затмении. Так как спутник на нижней орбите Земли может сделать приблизительно 14 оборотов вокруг Земли за день, то столько же раз можно наблюдать со спутника полное затмение Солнца Луной и производить круговое зондирование атмосферы. Кроме того, при прохождении спутником через тень от Земли можно производить круговое зондирование атмосферы, используя в качестве источника излучения свет других звезд. Тепловую эмиссию можно измерять круговым зондированием в любом положении спутника.-

6.5.5. Спектральное разрешение атмосферного зондирования

При атмосферном зондировании необходимо высокое спектральное разрешение. При измерениях в тепловом инфракрасном диапазоне используются фильтры, позволяющие достичь спектрального разрешения порядка 0,1 мкм, а использование спектрометров с дифракционными решетками увеличивает его в 10 раз. Однако иногда требуется спектральное разрешение порядка 0,1 нм или даже лучше. Его можно достичь, применяя спектрометрию с преобразованием Фурье (интерферометр Михельсона). На рис. 6.25 представлена принципиальная схема интерферометра Михельсона. Параллельный луч излучения падает на лучерасщепляющее зеркало, расположенное под углом 45° к лучу. Половину амплитуды излучения лучерасщепляющее зеркало посылает на зеркало M1 и половину амплитуды — на зеркало М2. Расстояние от лучерасщепляющего зеркала до М1 фиксированное и равно а, а расстояние от лучерасщепляющего зеркала до М2 равно а + d, где d может изменяться. После отражения от зеркал лучи рекомбинируются и детектируются. Луч, отраженный от зеркала М2, проходит большее на 2d расстояние, чем луч, отраженный от зеркала М1. Если падающее излучение состоит из одного спектрального компонента с интенсивностью I0 и волновым числом к, интенсивность луча на детекторе будет равна: