7.1.6. Распространение электромагнитных волн в ионосфере

Диэлектрическая проницаемость и проводимость ионосферной плазмы определяются по формулам (7.14), (7.15) соответственно

, (7.14)

, (7.15)

Таблица №1

Длина волны, мкм	Коэффициент поглощения α(λ), км-1	Коэффициент поглощения	Коэффициент прохождения, км-1	Оптическая толща вертикального слоя атмосферы, км
0,38 0,40 0,45 0,55 0,60 0,65 0,70	5,327·10-2 4,303·10-2 2,644·10-2 1,162·10-2 8,157·10-3 5,893·10-3 4,304·10-3	0,231 0,187 0,115 0,050 0,035 0,026 0,019	0,763 0,813 0,885 0,950 0,965 0,974 0,981	0,450 0,360 0,220 0,100 0,070 0,050 0,036

где N – число зарядов в 1 см³, e – величина заряда, m – масса носителя заряда, ω – частота, ν – частота столкновений. Влияние электронов на распространение радиоволн в ионосфере больше, чем ионов, так как отношение e²/m для ионов в 10³ раз меньше, чем для электронов.

Из формулы для диэлектрической проницаемости можно сделать два вывода:

а) поскольку ε<1 , фазовая скорость света в плазме ,

(это противоречит специальной теории относительности).

Однако, перенос энергии определяется групповой скоростью, а она не превышает с (с²=V_ф·V_гр);

(7.16)

б) при некотором значении частоты ε становится отрицательной (ε < 0), показатель преломления становится чисто мнимым, и излучение за этим слоем не распространяется, т.е. происходит полное отражение.

На этом явлении основано дальнее распространение радиоволн среднего диапазона: волны распространяются, последовательно отражаясь, от ионосферы и от Земли.

8. Лазерные локационные системы

8.1. Схема лазерной локационной системы

Атмосферные РОС в диапазонах инфракрасного и оптического излучения аналогичны по особенностям своего применения системам РТС ближнего действия из-за большого молекулярного поглощения и гидрометеорного ослабления излучения в атмосфере. При наличии облачности или туманов дальность действия этих систем может достигать лишь нескольких десятков метров. Однако, в условиях чистой и прозрачной атмосферы возможен приём сигналов на больших расстояниях, например, прием сигналов, рассеянных неоднородностями стратосферы, возможен на расстоянии 50–70 км. Атмосферные РОС используются в основном для связи и локации объектов. Структурная схема такой РОС была приведена на рис.8.1.

Оптической локацией называется область техники, занимающаяся обнаружением объектов, определением координат объектов и их распознаванием. При использовании лазеров точность определения угловых координат составляет 1΄, а разрешающая способность в несколько сантиметров. Методы обнаружения объектов и определение их координат принципиально подобны тем, что применяются в радиолокации. Однако, лазерное излучение позволяет использовать физические явления, отличные от тех, которые используются для построения нелазерных оптических систем и РЛС.

Так, монохроматичность излучения позволяет обнаружить малоконтрастные для обычных оптических приборов цели, имеющие одинаковую с фоном окраску, но отличающиеся от фона шероховатостью поверхности. Используя ультрафиолетовую область спектра, можно обнаружить и распознать цели, люминесцирующие под действием мощного лазерного излучения.

Лазерные локационные системы применяются для стыковки космических кораблей, для дистанционного зондирования атмосферы, стратосферы и морской поверхности. В частности, использование лазеров с длинами волн 0,47…0,55 мкм позволяет строить бортовые системы для поиска подводных объектов. Обнаруживаются объекты диаметром 10 м на глубине 120 м с высоты 1,5 км при скорости 150 км/ч (с вертолёта). Сигнал, отражённый от поверхности воды, значительно сильнее сигнала от подводного объекта, однако он деполяризован в отличие от сигнала от объекта, поэтому для выделения полезного сигнала используется поляризационный фильтр.

Широко используются лазеры для управления оружием. Созданы лазерные целеуказатели, например, на вертолётах для управления ПТУРСами. Используются лазеры с λ = 1,06 мкм и λ = 1,63 мкм. Во многих случаях РОС и РТС применяются в комплексе.

На рис.8.1 приведена функциональная схема лазерной локационной системы, работающей на волне 10,6 мкм. Схема используется для обнаружения и распознавания объектов в дневное и ночное время.

Лазер 1 мощностью 1 Вт создаёт излучение в непрерывном или импульсном режимах. Для реализации импульсного режима применяют модуляцию добротности резонатора лазера, с помо- щью встроенного в резонатор модулятора. Модуляция добротности производится с частотой 30 кГц. Для передачи и приёма излучения используется один и тот же телескоп 3. Отражённое от цели излучение детектируется в гетеродинном режиме (4– источник гетеродинного излучения) фотодетектором 5. Регистрация сигнала производится и визуально и на магнитном накопителе для последующей обработки на ЭВМ. Информация об изменении амплитуды сигнала в процессе сканирования используется для формирования изображения объекта, время задержки позволяет определять дальность и формировать трёхмерное изображение.

Рис.8.1. 1- лазер, 2 – рассеивающая линза, 3 – телескоп, 4 – источник гетеродинного излучения, 5 – фотодетектор, 6 – усилитель, 7-демодулятор, 8- регистрирующее устройство