Метеорологічна дальність видимості та атмосферні втрати

Відзначимо, що вимірювання величини , коефіцієнт ослаблення потоку, який в решті решт визначає атмосферні втрати на дистанції зв’язку на практиці є непростою задачею. При цьому ситуація значно ускладнюється, якщо мова іде про статистичні дані, отримання яких передбачає вимірювання цієї величини на протязі року або навіть років.

Виходячи з цього можна стверджувати, що отримати значення (його статистичний розподіл на протязі року) для звичайного користувача (розробника або дистриб’ютора FSO-систем) в конкретній місцевості практично неможливо.

Отже, повинен існувати інший шлях обчислення атмосферних втрат, який повинен базуватися на метеорологічних даних, які доступні для пересічного користувача.

Єдиними даними, які є відносно доступні для широкого кола споживачів є данні про метеорологічну дальність видимості (МДВ), яка (або її аналог) вимірюється практично в кожному регіоні, оскільки відомості про неї необхідні для нормального функціонування народного господарства, наприклад, здійснення авіаперевезень.

Покажімо, що величина МДВ на пряму пов’язана з інтегральними втратами, які виникають при передаванні сигналу в відкритому каналі зв’язку у видимому та ближньому ІЧ діапазонах.

Поняття метеорологічної дальності видимості (МДВ) було введено Міжнародною метеорологічною конференцією (1929 рік), яка затвердила узгоджене визначення цієї величини.

В цих документах дається таке визначення МДВ: «Метеорологічна дальність видимості представляє собою умовне вираження прозорості атмосфери і дорівнює відстані, на якій в світлий час доби під впливом атмосферних умов втрачається сприйняття абсолютно чорної поверхні з кутовими розмірами не менше кутових хвилин, що проектується на фоні неба (димки) у горизонту. При цьому найбільш достовірне значення (контрастної чутливості ока) дорівнює 3%».

Відзначимо, що величина МДВ, яка визначається візуально є дуже суб’єктивною, оскільки контрастна чутливість ока, для різних людей, коливається від 0,0077 до 0,06 і навіть 0,2.

Проте на сьогодні, це практично єдина величина, яка характеризує прозорість атмосфери.

Розглянемо яким чином пов’язана з пропусканням (затуханням) сигналу в атмосфері. Можна показати, що пов’язана з поняттям контрасту яскравості

, (3.23)

де К – контраст яскравості; – яскравість об’єкта (орієнтира видимості);
– яскравість фона, на якому проецирується об’єкт. При цьому, повинна бути більше ( > ).

Згідно закону Вебера-Фехнера, об’єкт, який має яскравість може бути визначеним на фоні тоді, коли значення К перевищує мінімальне значення порога контрастної чутливості ока . При денних умовах значення не залежить від яскравості і для крупних об’єктів має значення близьке до 0,01-0,02. Проте, для об’єктів малого кутового розміру воно зростає

Теоретично встановлено, що дальність видимості абсолютно чорного об’єкта розміром 20 20 кутових хвилин відповідає контрасту (К), коли зір спостерігача спрямований вздовж земної поверхні і залишається в межах приземного шару повітря, що можна вважати оптично однорідним. В цих умовах дальність видимості об’єкта (орієнтира видимості), який проектується на фоні неба у горизонту, дорівнює

, (3.24)

де L – дальність видимості абсолютно чорного об’єкта; – інтегральний показник ослаблення (затухання); К – контраст яскравості; – поріг контрастної чутливості ока.

Відзначимо, що величина має інтегральний усереднений по довжині хвилі характер. Природно, що відповідний спектральний коефіцієнт затухання залежить від багатьох чинників і має досить складний розподіл по .

Якщо об’єкт абсолютно чорний, то К =1. Величина стає рівною величіні МДВ і співвідношення (2.24) приймає вигляд

. (3.25)

Отже між інтегральним показником затухання та МДВ існує прямий зв’язок. Покажемо, що аналогічний зв’язок може бути встановлений для робочих довжин хвиль системи FSO.

Разом з тим, як бачимо з рисунку 3.11 практично стала величина у видимому діапазоні. Враховуючи це, та співвідношення (3.25) можна вважати, що

, (3.26)

де V _min=0,02 – порогова контрастна чутливість ока; =0,5 мкм.

Відзначимо, що пропускання атмосфери для робочих довжин хвиль, а це як правило 0.9 або 1.3 мкм, таке саме як і у видимому діапазоні.

Відповідно, при таких припущеннях коефіцієнт затухання сигналу в атмосфері для робочих довжин хвилі системи FSO в залежності від погодних умов дорівнює

. (3.27)

Для оцінки питомого пропускання та величини МДВ, для різних погодних умов можна використовувати Таблицю 3.1.

Таблиця 3.1

Дата добавления: 2015-11-14