Файл: Методические рекомендации по разработке, оформлению и защите дипломных работ, проектов и задач. Спб. Вас, 2013. 10с.docx

Геометрическое ослабление. Даже при ясной погоде луч расходится и, в результате, детектор принимает сигнал меньшей мощности. Ослабление из-за рассеивания передаваемого луча с увеличением расстояния называется геометрическим ослаблением, и оно вычисляется как:

, (2.2)
где:

S_capture- поверхность захвата приемника (м²);
S_d - площадь поверхности луча передачи на расстоянии d,котораяаппроксимируется выражением:

, (2.3)
где:

θ- угол расхождения луча (мрад);
d- расстояние между излучателем и приемником(км).
На коротких линиях площадь захвата может быть больше площади луча. В этих случаях значение Ageo должно быть равным нулю, поскольку в приемнике собирается вся энергия луча.


Специфическое ослабление в атмосфере γ_atmo (дБ/км) можно записать в виде суммы двух слагаемых:

,

(2.4)

где:

- специфическое ослабление в условиях чистого воздуха (из-за наличия молекул газов);

- специфическое ослабление из-за возможного наличия тумана, водяных брызг, дымки, измороси, дождя, снега, града и т. п.

Атмосфера – эта среда передачи, изменяющаяся во времени, и, в результате, является стохастическим процессом. Однако, как показано в выражении (1.1), установление пределов готовности системы и влияние этого процесса, как правило, рассматривается статистически. Энергетический потенциал M _linkпредставляет собой величину ослабления,которая может быть допустимой в данной системена данном расстоянии.

Специфическое ослабление в условиях чистого воздуха .

Ослабление в условиях чистого воздуха представляет собой, главным образом, поглощение в молекулах газов. Атмосферное поглощение на определенных длинах оптических волн является результатом взаимодействия фотонов с атомами и молекулами (N

---

₂, O₂ , H₂, H₂O, CO₂, O₂ и т. д.), что приводит к поглощению молекулой столкнувшегося с ней фотона и повышению ее температуры. Коэффициент поглощения зависит от: – типа молекул газа;

– их концентрации.

Молекулярное поглощение – это явление селективное в отношении длины волны, что приводит к появлению атмосферных окон прозрачности, и атмосферных полос поглощения. Вода, CO₂, O₃ и O₂ – это основные молекулы атмосферы, для которых свойственно высокое поглощение в полосе инфракрасного излучения.

Поскольку размер молекул газов намного меньше длины волны, то ослабление из-за рассеяния на молекулах газов незначительно.

Обычно, длины волны лазера выбираются так, чтобы они попадали в атмосферные окна передачи, поэтому величина является незначительной. Длины волны, обычно используемые в системах АОСП, расположены вблизи 690, 780, 850 и 1550 нм. Однако, по сравнению с относительно незагрязненными пригородными районами, для работы в плотно застроенной городской местности с высоким содержанием в воздухе частичек распыленных веществ, может быть выгодно использовать другие длины волны.

Дополнительное ослабление – это ослабление, обусловленное наличием в воздухе частичек тумана, измороси, водяных брызг, дымки, дождя , снега. Наличие этих частичек приводит к угловому перераспределению падающего светового потока, которое называется рассеянием, и уменьшает дальность распространения потока в заданном направлении. Однако здесь не происходит потери энергии, аналогичной поглощению. Тип рассеяния определяется физическим размером неоднородностей, на которых происходит рассеяние, по отношению к длине волны передающего лазера. В табл. 1.1 показано три различных режима рассеяния, зависящих от размера неоднородностей, на которых происходит рассеяние, с приблизительного соотношения длиной волны и коэффициентом ослабления для данного типа рассеяния (эффективного сечения). Кроме того, в табл. 1.1 показаны типы неоднородностей, на которых происходит рассеяние в каждом режиме для длин волн видимого спектра или инфракрасного излучения

Режимы рассеяния в зависимости от размера неоднородностей, на которых происходит рассеяние r по сравнению с длиной волны передающего лазера λ. Кроме того, показана приблизительная взаимосвязь между длиной волны и коэффициентом ослабления для данного типа рассеяния

---

Q(λ), вносит в общий коэффициент ослабления, рассеяние на молекулах воздуха, можно пренебречь.

Таблица 2.1

Типы неоднородностей

			Рэлеевское		Рассеяние Ми	Не селективное или
			рассеяние			геометрическое
						рассеяние
			r λ		r ≈λ	r λ
			Q(λ) λ−4		от Q(λ) λ−1,6	Q(λ) λ0
					до Q(λ) λ0
	Тип		Молекулы		Атмосферная	Туман
	рассеяния		воздуха		дымка	Дождь
			Атмосферная		Туман	Снег
			дымка		Распыленные	Град
					неоднородности

---

Для тех частиц, которые намного больше длины волны, рассеяние можно описать в понятиях геометрической оптики, которая не зависит от длины волны лазера. Капли дождя, снег, град, обрывки облаков и плотный туман будут приводить к геометрическому рассеянию света лазера.

Для тех частиц, размеры которых сравнимы с длиной волны лазера, может применяться теория рассеяния. Туман и распыленные неоднородности являются основными причинами процесса рассеяния.

Можно использовать аналитический подход, в котором расчетные предсказания конкретного ослабления выполняются на основании предполагаемого распределения размеров частичек. Однако очень трудно смоделировать и измерить распределение размеров частичек любого распыленного вещества или тумана, которое является ключевым параметром для определения их физических или оптических свойств.

Оценка ослабления в тумане (рассеяние Ми).

Поскольку аналитический подход не всегда можно использовать на практике, для расчета ослабления в результате рассеяния Ми используются эмпирические методы. В этих методах коэффициент ослабления из-за рассеяния Ми связывается с видимостью.

Техническое определение видимости или дальности видимости звучит так – расстояние, на котором сила света ослабляется до 2% от его начальной силы, или качественная видимость – это расстояние, на котором едва возможно различить темный объект на горизонте.

Упрощенная эмпирическая формула, для расчета ослабления в тумане, γ_fog (λ) (дБ/км), имеет вид:

(2.5)

где:
- видимость (км);
- длина волны (нм);
q :коэффициент,зависящий от распределения размеров рассеивающих частиц.Он определен на основании данных экспериментов и имеет значения:

	6 км < V <50 км	(2.6)

Для получения значения ослабления, превышаемого в течение данного процента времени

---

p (т. е. для данной вероятности), в уравнении (1.4) требуется подставить значение видимости, которое не превышается в течение данного процента времени p.

Ослабление в дожде

Ослабление в дожде (дБ/км) определяется соотношением:

(2.7)
В Рекомендации МСЭ-R P.837 приводятся значения интенсивности дождя R(p) (мм/ч), превышаемые в течение любого данного процента времени среднего года (p) и для всех мест размещения, а уравнение (1.6) определяет ослабление превышаемые в течение данного процента времени p.
Параметры k и α зависят от характеристик дождя, и некоторые значений, полученные на основании измерений, приведены в табл. 1.2. На рис. 1.1 и 1.2 показана связь между и интенсивностью дождей R полученная с использованием параметров из табл. 1.2 для Японии.

Таблица 2.2

Параметры, используемые для оценки ослабления в дожде

Место	k	Α
Япония	1,58	0,63
Франция	1,076	0,67

Рис. 2.1. Ослабление в атмосфере из-за дождя




Рис. 2.2

Ослабление в снеге .

Ослабление в снеге, как функция интенсивности снегопада описывается следующим соотношением:

,

(2.8)

где:
γ_snow : ослабление в снеге (дБ/км);
S:интенсивность снегопада (мм/ч);
α и b: функции от длины волны, λ (нм). Оцененные значения для мокрого и сухого снега приведены в табл. 1.3.

Таблица 2.3

Параметры, используемые для оценки ослабления в снеге

	α	b
Мокрый снег	0,000102λ + 3,79	0,72
Сухой снег	0,0000542λ + 5,50	1,38

---