Инфракрасное излучение объектов (целей)

Основные отличия реальных объектов от идеального излучателя состоят в том, что их поверхности не являются идеально матовыми или зеркальными и имеют сложную форму, а температура поверхности неравномерна по площади (и объему для прозрачных тел, например, нагретых газов). Этим объясняется существенно неравномерная плотность излучения объектов по поверхности.

Излучение реальных объектов (целей) характеризуется индикатрисой излучения, представляющей собой кривую (поверхность), соединяющую концы векторов А_н силы излучения различных точек поверхности излучателя в нормальном направлении [2]. Примеры индикатрисы излучения для моторного (1) и реактивного (2) самолетов показаны на рис. 4.3.

Рис. 4.3

Основные факторы, обуславливающие инфракрасное (ИК) излучение целей;

- воздушных - выхлоп нагретых газов и аэродинамический нагрев;

- наземных и надводных - выхлоп газов двигательных и топливных установок, нагрев солнечной радиацией, нагрев внутренними системами жизнеобеспечения.

На рис. 4.4,а приведена зависимость температуры газов вдоль оси струи реактивного двигателя, на рис. 4.4,б - изотермы газовой струи в ее продольном сечении, где z - расстояние от оси струи.

а)

T, 0

0 4 8 12 16 x, м

б)

z, м

400⁰ 200⁰ 100⁰

1

0 x, м

Рис. 4. 4

Зная температуру объекта, при помощи закона Планка можно качественно (очень приближенно) охарактеризовать спектральный состав излучения.

На рис. 4.5 показана спектральная интенсивность плотности излучения летательного аппарата с реактивным двигателем. Из рисунка видно, что зависимость r_l ничем не напоминает r_l для абсолютно твердого тела, так как имеет явные выбросы и провалы на некоторых значениях l. Это обусловлено в первую очередь сложным взаимодействием раскаленных газов реактивной струи (H₂О, CО₂) с молекулами атмосферы. Например, полосы наиболее интенсивного излучения молекул раскаленной газовой среды имеют при всех температурах максимумы на длинах волн 2,7 и 4,3 мкм. Максимум излучения с l = l ¸ 2,7 мкм порожден суммарным излучением паров воды и углекислого газа. Второй максимум создан главным образом излучением углекислого газа. На зависимости r_l прослеживаются две области наиболее интенсивного излучения: высокотемпературная и низкотемпературная.

r_l

2 4 6 8 10 12 l, мкм

Рис. 4.5

a)

Дневное небо Ночное небо

r_l

2 4 6 8 10 12 l, мкм

б) r_l

1 2 3 l, мкм

в) r_l

1 2 3 l, мкм

Рис. 4.6

Спектральное излучение окружающей среды или фона более однородно и в большинстве случаев лучше аппроксимируется кривой Планка. Примеры зависимостей r_l для дневного и ночного неба приведены на рис. 4.6,а, для Земли - на рис. 4.6,б, Солнца - на рис. 4.6,в. Отметим, что выброс r_l в районе l= 0,5 ¸1 мкм обусловлен солнечной радиацией как для дневного неба, так и для Земли, отражающей солнечное излучение.