Электрооптические системы. Инфракрасные системы формирования изображения (VIR), страница 15

В качестве примера устройства вертикального зондирования для определения концентрации атмосферных газов по надиру (в частности, углекислого газа, метана, окиси азота) служит IMG, который был разработан для спутника ADEOS. В его состав входит интерферометр Михельсона. Диапазон, в котором работает устройство, — от 3,3 до 14,0 мкм. Спектральное разрешение по волновому числу равно 60 м-1, что соответствует спектральному разрешению при длине волны 10 мкм. Горизонтальное разрешение устройства составляет 70 км, а вертикальное — от 2 до 6 км в зависимости от типа молекул.

В качестве примера устройства вертикального зондирования для определения концентрации озона по надиру служит SBUV, который был разработан для спутников NOAA. Принцип его работы основан на регистрации обратного излучения ультрафиолета. Прибор работает в 12 диапазонах от 0,16 до 0,40 мкм, разделенных фильтрами. В целях калибровки обратного солнечного излучения устройство фиксирует прямое солнечное излучение. Горизонтальное разрешение устройства составляет 170 км. Концентрация озона определяется с точностью 5 % по вертикали, а суммарная концентрация озона определяется с точностью 1%.

В качестве примера устройства кругового зондирования служит устройство GOMOS, разработанное для спутника Envisat. Основное его назначение — определять концентрацию озона. Однако GOMOS выполняет еще множество других измерений — определяет концентрацию аэрозолей, паров воды и температуру. Диапазоны функционирования прибора: от 0,25 до 0,68 мкм, от 0,756 до 0,773 мкм и от 0,926 до 0,952 мкм. Высокое спектральное разрешение достигается применением дифракционной решетки — оно составляет 1,2 нм для видимого ультрафиолетового диапазона и 0,18 нм для двух инфракрасных диапазонов. Вертикальное разрешение равно 1,7 км.

Задачи

Поперечное сечение стеклянной призмы является равносторонним треугольником. Коэффициент рефракции стекла в свободном пространстве равен 1,601 для длины волны 0,4 мкм и 1,569 для длины волны 0,7 мкм. Белый свет падает на призму под углом 40° от нормали. Необходимо доказать, что спектр от 0,4 до 0,7 мкм в результате дисперсии будет занимать угол 4,9°.

Солнечный сет падает на неровную поверхность под углом 45° от нормали. Необходимо рассчитать яркостную температуру поверхности на длинах волн 4 и 10 мкм, учитывая, что поверхность является для них идеальной ламбертовской (т. е. альбедо диффузии равно 1). Атмосферные эффекты распространения в данном случае игнорируются.

Используя уравнения (6.5) и (6.6), которые описывают однонаправленный поток нагрева в твердом теле, и допуская, что все изменения синусоидальные во времени с частотой w, докажите уравнения (6.7) и (6.8).

Измерения морской поверхности в тепловом инфракрасном диапазоне дали результаты: яркостная температура по надиру составляет 294,6 К и 293,3 К под углом 52° к надиру. Используя уравнения (6.14) и (6.15), установите яркостную температуру поверхности моря и оптическую плотность атмосферы по надиру. Физическая температура атмосферы при этом составляет 280 К.

Предположим, что коэффициент поглощения атмосферы изменяется с высотой h по экспоненте:

Используя схему кругового зондирования в п. 6.5.4, докажите, что уменьшение интенсивности излучения определяется по формуле:

где h0 — высота, на которой траектория излучения проходит наиболее близко от поверхности Земли. Для атмосферных аэрозолей 1/км и 1/14 км для видимого излучения. Определите величину h0, которая будет уменьшать интенсивность луча в 10 раз.