Обще сведения о световой сигнализации

Известно, что при наблюдении, как ночью, так и днем дальность видимости световых сигналов различна в зависимости от состояния атмосферы. Так, если ясной ночью сигналы от небольшого источника наблюдаются на расстоянии в десятки километров, то при тумане дальность видимости этих огней снижается до десятка метров. Если будем наблюдать за сигналом по мере его удаления, то освещенность на сетчатке глаза наблюдателя будет уменьшаться, и сигналы будут наблюдаться менее четко. На каком-то расстоянии сигнал перестает быть видимым, хотя незначительные потоки света еще будут попадать на глаза.

Минимальная величина освещенности, ниже которой человеческий глаз не реагирует на свет, носит название пороговой освещенности. Величина пороговой освещенности различна у разных наблюдателей и зависит от психологического состояния (нервное и физическое утомление, шум моторов, вибрация, кислородное голодание и др.)

Существенным фактором, влияющим на пороговую освещенность, является яркость фона, на котором наблюдают сигнал. Например, слабые источники света хорошо наблюдаются безлунной ночью, хуже в лунную ночь и совсем плохо днем.

Сила света источника также влияет на дальность видимости. Таким образом, на дальность видимости световых сигналов влияют следующие факторы: сила света, состояние атмосферы, величина пороговой освещенности, яркость фона и другие факторы, как-то адаптация, кислородное голодание и т.д.

Минимальная освещенность на предварительно адаптированных глазах наблюдателя колеблется в пределах 0,85·10^-9 - 8,5·10^-9 Лк. Для практического порога принято для ночной сигнализации 0,2·10^-6 Лк, а для дневной 1,2·10^-3 Лк. Следует различать световой и цветовой пороги освещенности. Под цветовым порогом цветного источника света понимается та минимальная освещенность, при которой начинается уверенно восприниматься цвет сигнала. Цветной сигнал издали воспринимается без различия цвета, при дальнейшем приближении к источнику наступит момент, когда можно определить цвет сигнала.

Световой поток, проходя через атмосферу, частично поглощается, а частично рассеивается из-за наличия неоднородностей в ней, размеры которых сравнимы с длиной световой волны по закону: интенсивность рассеянного света обратно пропорциональна четвертой степени длины волны. Этот закон объясняет голубой цвет неба, как следствие преимущественного рассеяния коротковолнового излучения при прохождении белого света через атмосферу и, напротив, свет, прошедший через рассеивающую среду, краснеет, чем объясняется покраснение солнца утром и вечером, когда оно стоит низко над горизонтом.

Световой поток рассеивается из-за наличия мельчайших капелек воды и пыли. Воды и пыли всегда больше у земли, поэтому прозрачность атмосферы с высотой возрастает.

Пропускание атмосферой света определенной цветности зависит от количества и размера капелек воды в единице объема. Если капельки мелкие, то лучше проходит красный цвет. В тумане находятся капельки от мелких до крупных, поэтому селективности в пропускании лучей различной цветности при тумане нет.

Для характеристики прозрачности атмосферы имеются понятия удельной прозрачности и коэффициента ослабления светового потока атмосферы, которые используются в расчетах.

На метеостанциях практически этими характеристиками не пользуются, а производят наблюдение за метеорологической дальностью видимости (МДВ).

Под МДВ (S) понимают то предельное расстояние, на котором видны темные предметы больших размеров, проектирующиеся на северной стороне неба у горизонта. Между наблюдаемым предметом и фоном должен быть контраст в яркостях. Зависимость МДВ от показателя ослабления атмосферы определяется из выражения, которое называется световоздушной формулой:

В_Д = В_Н (1-10^-δL)

B_Д - яркость воздушной дымки между наблюдателем и объектом;

В_Н - яркость неба у горизонта;

L - расстояние наблюдения предмета;

δ - показатель ослабления светового потока атмосферой.

Воздушная дымка тем ярче, чем больше взвешенных частиц в атмосфере. Яркость дымки будет накладываться на яркость объекта, и по мере удаления от объекта яркости будут выравниваться. На каком то расстоянии L достигается пороговое значение контрастности между объектом и фоном. Это предельное L и будет являться МДВ, которая обозначается как S

(В_Н – В_Д)/В_Н = k, k = (B_H – B_H (1-10^-δ·S))/B_H = 10^-δ·S,

где: k - порог контрастности;

δ - показатель ослабления светового потока атмосферой.

Принято, согласно наблюдениям, что объект будет виден, если k ≥ 2%, т.е. k = 10^-δ·S ≥ 0,02. Логарифмируя данное выражение, находим: S= 1,7/δ.

Международная шкала МДВ содержит 10 баллов (от 0 до 9). Например, 0 обозначает, что объект виден на 50 м, 4 - на 1 км, 9 баллов - объект виден на 50 км.

Практика показывает, что измерения МДВ при помощи визуальных наблюдений имеют ошибки. Поэтому в авиации имеются приборы, которые называются регистраторами прозрачности. Эти регистраторы дают МДВ по горизонтальному направлению (вдоль ВПП), а не по глиссаде, что является их недостатком.