6.3.3. Инфракрасное излучение надводных кораблей

На современных надводных кораблях чаще всего применяются мощные паросиловые установки. Как правило их КПД сравнительно невысок (около 20 %). Большая часть энергии топлива расходуется на нагревание корпуса корабля и выбрасывается в атмосферу в виде раскаленных отходящих газов. Вследствие этого надводные корабли являются мощными источниками ИК излучения. Основные излучающие элементы надводного корабля: корпус, дымовые трубы и газовый факел. Температура корпуса по всей его длине обычно не одинаковая. В некоторых местах она равна температуре окружающего воздуха или морской воды, а в некоторых (особенно около машинных и котельных отделений) - на десятки градусов выше. Большая мощность излучения надводных кораблей дает возможность обнаруживать их с помощью ИК средств разведки на значительных расстояниях. Для кораблей с паросиловыми установками характерны следующие величины мощности инфракрасного излучения, принимаемые на расстоянии 1 и 10 км (размер рефлектора приемной аппаратуры 1000 см").

6.3.4. Инфракрасное излучение военно-промышленных

объектов

Для оборонных и промышленных объектов (заводы, тепловые электростанции, мастерские и т. д.) основными излучающими объектами являются дымовые трубы. Если излучающая поверхность дымовой трубы 40 м² (высота около 40 м), а площадь рефлектора приемной ИК - аппаратуры 1000 см², то от корпуса трубы через "окно" 4 мк будет приниматься 10-⁵ вт, а от отверстия трубы - 6 • 10-⁶ вт на расстоянии 10 км.

Обнаружение населенных пунктов, не имеющих ярко выраженных участков с высокой температурой поверхности, довольно затруднительно, так как в этом случае повышается мешающее действие излучения от атмосферы и земной поверхности.

6.4. Демаскирующие особенности изображений объектов в инфракрасном диапазоне.

В предыдущих разделах демаскирующие признаки объектов рассматривались в связи с их ИК излучением, являющимся функцией только времени. Более информативны ИК излучения, обеспечивающие получение двумерных ИК изображений. Инфракрасными называются изображения, сформированные в ИК лучах и преобразованные в видимые с помощью специальной аппаратуры.

Инфракрасные изображения в отличие от обычных изображений, полученных в видимой части спектра, обладают рядом характерных особенностей [7].

Первая особенность состоит в том, что они имеют непривычное для наблюдателя распределение контрастов между известными предметами вследствии иного распределения оптических характеристик поверхностей объектов в ИК диапазоне по сравнению с видимой частью спектра. Эта особенность позволяет обнаружить на ИК снимках предметы, не заметные на обычных фотоснимках. Например, поврежденная растительность в течение нескольких дней после повреждения на фотоснимках не обнаруживается, в то время как на ИК снимках она выглядит темнее здоровой вследствии значительной разницы в их коэффициентах отражения. Этот эффект позволяет выявлять на снимках участки поврежденных деревьев и кустарников, а также вскрывать факты использования свежесрезанной растительности для маскировки объектов. Различная передача тонов на изображениях, получаемых в разных зонах спектра, как в видимой, так и инфракрасной, привела к созданию так называемой многозональной съемки, при которой один и тот же участок плоскости предметов одновременно фотографируется в разных зонах спектра многозональной камерой.

Рассмотрение одного и того же предмета сразу в нескольких зонах позволяет получить больше информации о его сущности.

Другая особенность ИК изображений, свойственная тепловым картам, состоит в том, что в их формировании кроме отраженного излучения участвует и собственное, а в ряде случаев лишь оно одно. Это создает принципиально новые по сравнению с фотоснимками возможности получения дополнительной информации об объектах. Дело в том, что собственное излучение определяется излучательной способностью поверхностей предметов и их температурой. Последняя же позволяет

судить об энергетическом состоянии излучающего тела. Это дает возможность выявлять на тепловых картах нагретые поверхности или их участки, совершенно не обнаруживающиеся на фотоснимках, и использовать тепловые изображения как источник информации о температурном состоянии предмета.

Третья особенность состоит в том, что ИК изображения позволяют получать информацию и об объектах, которые уже отсутствуют в момент съемки. Так, например, на поверхности площадки в месте стоянки самолета сохраняется в течение некоторого времени его тепловой портрет, который может быть зарегистрирован на ИК снимке.

Четвертой особенностью тепловых карт является возможность регистрации объектов как при отсутствии падающего излучения, так и при отсутствии температурных перепадов; только за счет различий в излучательной способности их поверхностей. Это свойство позволяет наблюдать объекты в полной темноте и в таких условиях, когда температурные различия выравнены до невоспринимаемых (например, земную поверхность в предрассветные часы). В таких условиях особенно четко выявляются неокрашенные металлические поверхности, имеющие низкую излучательную способность, на фоне неметаллических предметов, выглядящих более светлыми ("темными"), хотя их температуры одинаковы.

Еще одна особенность тепловых карт связана с динамичностью тепловых процессов, протекающих в течение суток В связи с естественным суточным ходом температур все предметы на земной поверхности участвуют в постоянно протекающем теплообменном процессе. При этом температура каждого тела зависит от условий теплообмена, физических свойств окружающей среды, собственных свойств данного объекта (теплоемкость, теплопроводность) и др. В зависимости от этих факторов соотношение температур смежных предметов изменяется в течение суток, поэтому тепловые карты, полученные в разное время даже от одних и тех же объектов, отличаются друг от друга. Такая особенность, с одной стороны, позволяет выявлять скрытые от простого наблюдения объекты, а с другой -требует более определенно и продуманно подходить к выбору времени тепловой съемки.

Визуализация динамики тепловых процессов дает возможность выявить внутренние, глубинные характеристики предметов, такие, как плотность пород, влагосодержание, заболоченность местности, обнаруживать неоднородности подпочвенного слоя и по ним судить о скрытых на некоторой глубине объектах.

Проиллюстрируем изложенное выше примерами. На рис. 28 гористая местность сфотографирована на инфрапленку с высоты около 700 м в дневное время суток. Снимок сделан в диапазоне 0.7-0.9 мкм. Носителем информации в данном случае является солнечное излучение, отраженное от предметов. Для снимка характерна неестественная по сравнению с видимым светом передача контрастов между различными видами растительности и открытым грунтом. Особенно сильно контрастирует водная поверхность. Причиной этого является меньший коэффициент отражения воды в ИК области по сравнению с видимой и большая доля зеркальной составляющей в отраженном излучении по сравнению с диффузной. Солнце в момент съемки находилось слева сзади, что видно по теням от деревьев. На рис. 29 отчетливо видно взлетно-посадочные полосы аэродрома.

На рис. 30 приведены фотоснимки, полученные с помощью многообъективной камеры в диапазоне от 0.38 до 0.9 мкм.

Каждый канал снабжен узкополосным оптическим фильтром с полосой пропускания в определенном участке указанного диапазона и фотопленкой, чувствительной к излучению в этом участке. Левый верхний снимок охватывает сине-фиолетовый участок спектра. Нижний ряд снимков получены в красном и ближнем ИК диапазонах.

Одновременное фотографирование одного и того же участка местности в разных полосах спектра позволяет наглядно представить различие в передаче контрастов одними и теми же объектами излучения и разной длины волны. Это различие определяется различием спектральных коэффициентов отражения материалов поверхностей объектов.

Для ИК снимков наиболее характерным является светлый тон растительности, особенно деревьев, который получается за счет больших коэффициентов отражения зелени в ближней ИК области спектра по сравнению с видимой.

В результате имеется возможность производить селекцию объектов непосредственно по ИК изображениям, не прибегая к специальной обработке.

Зависимость функции лучистости объектов от выбора участка спектра и времени наблюдения также позволяет осуществлять селекцию объектов

непосредственно по тепловым картам. Это наглядно демонстрирует рис. 31, на котором изображены тепловые карты одного и того же участка местности, полученные в различных диапазонах спектра. Нижняя тепловая карта получена в диапазоне длин волн от 8 до 14 мкм днем. Носителем информации являлось собственное излучение элементов местности, имеющих различные коэффициенты излучения и различные температуры вследствии неодинакового прогрева солнцем. Хорошо прогреты открытые берега реки и мост. Имея значительный положительный контраст по сравнению с более холодной водной поверхностью реки и растительностью, они отчетливо выделяются. На верхней тепловой карте, полученной в диапазоне от 3 до 5 мкм, воспринято лишь собственное излучение пламени костров в лесу и излучение наиболее нагретого объекта - моста. Выбор участка спектра позволил отселектировать эти объекты.

Тепловые карты позволяют выявлять информацию о действующих силовых и энергетических установках объектов вследствии более интенсивного их ИК излучения.