Модель слоя пространства

Слой пространства – структурный элемент обобщенной схемы, описывающий свойства ослабления оптического излучения, обусловленного его рассеянием и поглощением в среде распространения, а также искажения, которые могут возникать за счет турбулентности этой среды.

Известно, что свойства ослабления оптического излучения какой-либо средой характеризуется спектральным коэффициентом пропускания , который рассчитывается по известным методикам [3, 4, 6, 9, 10, 43].

Искажения, которые может вносить слой пространства, обусловлены изменяющимися во времени и в пространстве случайными флуктуациями плотности среды, приводящими к флуктуациям показателя преломления. При распространении в такой среде оптические волны деформируются случайным образом. В результате, излучение, например, когерентного источника в лучшем случае становится частично когерентным. Если фазовые флуктуации слоя пространства вызывают искажения волнового фронта, соизмеримые с длиной волны, то искажения, которые при этом возникают, в среднестатистическом смысле можно рассматривать, как линейные искажения и характеризовать некогерентной передаточной функцией .

Если рассматривать пространственно-временные флуктуации плотности слоя пространства как случайный однородный и изотропный гауссовский процесс, то результирующая передаточная функция слоя пространства и оптической системы определяется произведением соответствующих передаточных функций [44]

(1.78)

где оптическая передаточная функция (ОПФ) оптической системы.

Передаточная функция турбулентного слоя пространства при сделанных допущениях определяется выражением [44]

, (1.79)

где приняты следующие обозначения:

волновое число;

дисперсия фазовых флуктуаций турбулентного слоя пространства;

нормированный спектр мощности фазовых флуктуаций.

Для описания линейных искажений, которые вносит слаботурбулентная атмосфера в видимом диапазоне длин волн, используют следующую также эмпирическую формулу

(1.80)

где эмпирический коэффициент аппроксимации.

В большинстве случаев для ИК диапазона линейными искажениями, которые вносит турбулентная атмосфера, пренебрегают.

Модель оптической системы

Оптическая система (ОС), как структурный элемент обобщенной схемы объекта проектирования, отражает свойства реальной оптической системы в процессе приёма и преобразования оптических сигналов, в том числе, свойство изменения масштаба изображения, линейные искажения, а также ослабления интенсивности оптического изучения.

Известно [1, 2, 4, 25, 26], что функциональная модель ОС, зависит от свойств источника оптического сигнала (когерентного, частично-когерентного или некогерентного). В связи с этим, при модельном описании ОС разделяют на, так называемые, когерентные, частично-когерентные и некогерентные. Вопросам моделирования ОС при преобразовании оптических сигналов посвящено много литературы [1, 2, 4, 25, 26, 45]. Отдельные вопросы, связанные с модельным описанием ОС при частично-когерентном излучении объектов применительно к ОЭП измерительного типа, изложены в работах автора [46, 47]. Ниже приводится краткий обзор сведений модельного описания когерентной и некогерентной ОС.