单站双波段红外被动测距算法研究

空中目标的红外辐射在大气中传输时,大气以及大气中的气溶胶会对红外辐射产生吸收和散射,从而造成红外辐射的衰减。波长不同,大气对其产生的衰减也不同,从而导致红外探测系统接收的目标辐射信号不同。通过对所接收的双波段目标辐射信号进行分析,推导了简单的被动测距算法,并对算法分析得出：此算法模型距离估算的难点在于目标辐射强度J准确值的获得。为此文中改进了测距算法,推导了不再包含目标辐射强度J,的距离新算法,从而简化了距离估算。     

视线方向上飞机红外特性及大气衰减模型研究

对飞机目标3个辐射源蒙皮、尾焰及尾喷管进行了深入分析,建立了视线方向飞机红外辐射计算模型,并综合考虑大气衰减的主要因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,给出了一种大气透过率的计算方法.最后以3～5μm波段为例,计算了某飞机的红外辐射强度、大气透过率和经过衰减后的飞机红外辐射强度.     

来袭飞机的红外辐射及其大气传输特性研究

研究了来袭飞机的三个主要红外辐射源(尾焰、尾喷管和蒙皮)的红外辐射特性,以及各自主要辐射波段在大气中衰减的情况。通过优化模型,计算得到了其各自主要辐射波段的红外辐射强度。并根据三个辐射源各自主要辐射波段的大气透过率的计算,得到经过相同大气路程衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度。     

高空高速无人机尾焰红外辐射特性计算研究

尾焰是高空高速无人机红外辐射源的主要组成部分,为了计算高空高速无人机尾焰的红外辐射特性,首先,利用流体仿真软件Fluent对高空高速无人机尾焰的流场进行了数值模拟,在此基础上,利用同时考虑谱线洛伦兹加宽效应和多普勒加宽效应的单线组谱带模型理论SLG以及机体遮挡理论,计算了高空高速无人机尾焰的红外辐射强度;其次,采用倾斜路径传输等效方法计算了大气对红外辐射的透过率;最后,计算并分析了某型高空高速无人机在发动机不同工作状态以及不同方位角和观察仰角条件下经过大气衰减后的红外辐射强度,同时分析了无人机飞行俯仰角对尾焰红外辐射强度的影响。     

沙漠背景下导弹红外辐射特性分析

详细分析计算了沙漠环境中,能够对导弹红外辐射特性产生影响的太阳、云层、大气、沙漠地表以及沙尘等的辐射强度情况,重点研究了沙漠地表沙物质组成及沙尘环境对地表辐射强度的影响,并建立了导弹的蒙皮、尾喷口和尾焰的红外辐射强度计算模型,分析了在不同探测距离下,导弹在各红外波段的辐射强度随探测角度的变化情况,对计算结果进行分析并得出结论,尾焰是导弹最主要红外辐射源,且辐射主要集中在3~5?m波段,蒙皮辐射主要集中在8~12?m波段,随着探测距离的增加,到导弹的红外辐射特性衰减加剧。     

高速飞行目标尾焰红外辐射特性的建模仿真计算

飞行器目标的尾焰红外辐射特性对目标的红外探测、识别和跟踪具有极其重要的作用。为了分析尾焰的红外辐射特性,首先根据经验公式计算出尾焰的流场分布,然后使用窄带模型计算出谱带的光谱吸收系数和透过率;对于非均匀热气体,考虑到碰撞展宽效应和多普勒展宽效应,使用C-G谱带传输模型得到飞行器尾焰2~5 μm的红外辐射分布。最后, 计算了不同组分的尾焰红外辐射特性,分析了组分分布和大气传输对尾焰红外辐射特性的影响,为探测波段的选择提供了参考依据。     

视线方向上飞机红外特性计算方法

介绍了一种沿视线方向飞机红外特性的计算方法.所采用的飞机模型简单实用,有助于分析飞机沿视线方向的投影面积.在辐射强度计算中本文不仅考虑了蒙皮、尾喷管和尾焰的红外辐射特性,还考虑了太阳、天空、地球背景辐射和大气的衰减作用对飞机红外辐射的影响.     

飞行器红外隐身性能评估方法研究

针对飞行器的红外隐身问题, 计算了红外辐射在大气中传输的透过率, 建立了考虑背景辐射的红外隐身性能评估模型, 提出了临界辐射强度的概念, 建立了由临界辐射强度和作用距离关系曲线求解红外系统作用距离的方法。在 3～5.m波段和 8～12.m波段, 计算并分析了温度、相对湿度、大气能见度和海拔高度等大气参数对作用距离的影响。以某型飞行器为例, 分析了红外隐身性能, 给出了红外辐射强度和作用距离的定量关系。     

反舰导弹红外辐射特性的建模与仿真

研究了以涡喷发动机为动力的反舰导弹的中波红外辐射特性。分别建立了反舰导弹尾喷口、尾焰和蒙皮辐射强度的计算模型,并考虑了尾焰对尾喷口辐射和尾焰辐射的影响。通过MODRTAN软件分析了3～5 μm波段大气红外辐射的衰减特性。最后,将所建模型的理论计算结果与试验结果进行了比较。结果表明,建立的计算模型和方法能较好地模拟不同探测角度下反舰导弹的红外辐射特性。     

基于Fluent的飞行器流场建模与红外辐射特性分析

以某型战斗机为研究对象,通过三维建模与网格划分过程建立飞机的流场计算模型,基于商用CFD软件ANSYS Fluent 16.0对飞机的外流场特性进行数值模拟。计算中利用太阳射线追踪算法综合考虑了太阳辐射对机身温度场的影响,采用离散坐标法（DO辐射模型）对辐射传输方程进行耦合迭代计算,利用不带化学反应的组分输运模型（Species Transport Model）模拟燃烧后高温尾焰喷射过程,获得了飞机外流场的温度、浓度及尾流组分分布数据。简要分析了太阳辐射对温度场变化的影响,飞行马赫数对流场红外辐射的影响以及尾焰流场分布情况。分析表明:太阳辐射对蒙皮加热较小,最高升温效果仅为5 K左右,随马赫数的增加飞行器机身背部与腹部红外辐射强度差异明显,最高时腹部辐射强度为机身最大辐射强度2倍左右,激波作用下尾焰后方会出现最高450 K和580 K两个间断的核心高温区域,尾焰红外辐射强度分布符合梨形特征分布趋势。     

某喷气发动机尾焰的中长波红外辐射分析和比较

利用中波红外和长波红外热像仪对某型 喷气飞机发动机尾焰的红外辐射特性进行了测量,得到了3～5 μm 和8～12 μm波段的尾焰辐射亮度分布。结果表明,从飞机 尾向上观测到的中波红外和长波红外尾焰均成对称分布,前者的最高辐射亮 度和尾焰面积分别是后者的4.6倍和2.1倍;从飞机侧向上观测到的 中波红外尾焰的最高辐射亮度、尾焰长度和面积分别是长波红外尾焰 的2.2倍、3.8倍和5.7倍,前者的优势非常明显。另外,受高温尾焰加热的影响,尾 焰周围空气的温度明显上升,使其辐 射亮度高于其他背景的辐射亮度。本文获得的测量结果对尾焰红外辐射特性仿 真和计算研究具有一定的参考价值。     

二元矩形喷管排气系统红外辐射特性

排气系统是飞行器最为主要的红外辐射源,而喷管的形状类型在很大程度上影响着排气系统红外辐射强度的大小及分布。文章建立了二元矩形喷管的三维模型,并在此基础上运用ANSYS软件模拟其排气系统的温度场分布,结合C-G谱带法对其尾流的光谱辐射亮度进行了计算,最后得到了二元矩形喷管排气系统在不同平面上的红外辐射强度分布。结果表明:二元矩形喷管外尾流在宽边探测面上的红外辐射强度要远大于窄边探测面上的;二元矩形喷管高温壁面在宽边探测面上的红外辐射强度要小于窄边探测面上的;二元矩形喷管排气系统在宽边探测面上的红外辐射强度要小于窄边探测面上的。     

一种航空发动机喷流红外成像仿真模型

分析了红外热像仪面阵单元接收的辐射通量,该分析表明红外热像仪面阵各单元间的辐射通量差异只与其瞬时视场的辐射亮度有关。以此为依据,开发了发动机喷流的红外成像仿真模型。根据热像仪与喷流的位置,建立喷流的圆柱包络体,从面阵单元引出瞬时视场视线,求出视线与包络体交线。利用辐射传递方程计算了视线所穿透喷流的辐射亮度,其中非均匀气体透过率计算采用了Malkmus统计窄谱带模型结合CG近似的方法。然后将辐射亮度转换为灰度级,并根据伪彩色编码,对各面阵单元对应的图像像素点赋RGB值得到喷流红外热像,伪彩色编码采用了彩虹编码。最后,以某型发动机的喷流为研究对象,在流场分析给出静压、静温和组分摩尔分数的基础上,计算了正侧方两种距离下喷流的红外仿真图像。红外仿真图像表明该模型能够准确扑捉喷管处于不完全膨胀状态时,喷流的膨胀波和压缩波组导致的局部辐射亮度的变化。     

一种火箭尾焰区域确定方法

为了准确、高效地计算火箭尾焰的红外辐射特性,提出了一种确定火箭尾焰区域的方法。作为基础工作,分别使用FLUENT 和有限体积法（FVM）完成尾焰流场和红外辐射的计算。分析了可能用来区分尾焰和周围大气的变量,如温度和组分含量等,并选择CO 的质量分数作为阈值变量。即,在选定阈值后,计算尾焰红外辐射时仅考虑CO 质量分数大于阈值的区域,忽略小于阈值其区域对整体辐射的影响。分别研究了尾焰尺寸、计算时间和辐射强度随阈值的变化规律,结果表明,随着阈值的减小,尾焰尺寸和计算时间迅速单调增加,尾焰的红外辐射强度不断波动,且波动幅度逐渐变小,最终趋于平稳。另外,算例表明,选择CO 质量分数为0.000 5 作为阈值可以确定一个比较合理的尾焰计算区域。     

高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟

喷流反作用控制系统（Reaction Control System, RCS）热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型,通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程,对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷干扰流场及其红外辐射特性进行了数值模拟,分析了二次燃烧效应、不同飞行条件以及不同观测角度对流场红外辐射特性的影响。研究表明:典型状态喷流辐射计算与实验测量结果一致,流场与红外辐射数值方法具有较好的适应性;飞行器RCS工作所形成热喷干扰流场的红外辐射,主要由喷流燃气中的CO₂和H₂O组分贡献,其中CO₂对辐射的贡献更大,流场中二次燃烧效应对流场辐射强度有显著影响,在20 km高度下可使流场辐射强度提高一倍以上;随着马赫数/高度的增加,流场辐射强度均呈现先略有减小,后增大的趋势,随着高度增加,二次燃烧效应对流场辐射强度的影响明显减弱;由飞行器RCS工作引起的辐射增量十分显著,俯视观测以及3~5 μm波段的目标辐射强度最大。文中的研究结果可为飞行器探测跟踪提供参考。     

来流导致的火箭发动机喷焰红外辐射强度不确定度量化分析

在火箭发动机喷焰红外辐射预测过程中,由于弹道参数的不确定性因素存在,会影响喷焰红外辐射信号计算结果的置信度。文中以Atlas-IIA低空喷焰为研究对象,以来流速度、来流温度、来流压力和飞行攻角为不确定性输入变量,采用拉丁超立方试验设计样本,开展喷焰反应流场与红外辐射特性计算,获得各样本点对应的喷焰红外辐射响应值,利用非嵌入混沌多项式(No-intrusive Polynomial Chaos, NIPC)方法构建代理模型,采用响应面法求解NIPC多项式系数,基于统计参量研究各参量对红外辐射信号的不确定度和敏感性。结果表明来流特性引起的辐射强度不确定度与波段的选取有较高的关联度。来流速度对光谱辐射强度的灵敏程度最高,来流压力和攻角次之,来流温度的影响可忽略不计;来流速度对2.5～3.2、2.8～3.0μm谱带内的辐射强度敏感,主Sobol指数占比均在80%左右,来流压力对4.35～4.65μm波段辐射强度的影响占比为70%;各参数间的耦合作用对喷焰红外辐射的影响不高于4%。该研究可为火箭发动机尾喷焰红外辐射准确预估和置信度评估提供理论支撑。     

飞行器红外物理成像仿真优化计算方法

为满足红外成像探测系统研制过程中的高精度仿真图像需求,建立了飞行器红外物理成像辐射传输模型,并采用光线跟踪方法实现辐射亮度图像仿真。针对飞行器蒙皮反射特性与辐射源分布特性的差异,提出了直接光照多重重要性采样蒙皮辐射亮度计算优化方法;针对飞行器尾焰发射能力强、消光能力弱的特点,提出了混合积分尾焰辐射亮度计算优化方法。通过仿真实验对物理成像模型和计算优化方法的正确性与有效性进行了验证,蒙皮辐射计算相对误差优于0.05%,尾焰辐射计算相对误差优于0.1%,相比于传统光线跟踪方法,计算优化方法具有更快的收敛速度和更强的适应性。对隐身飞机进行了红外成像仿真和辐射特性分析,仿真结果表明,红外隐身技术能够降低中波和长波谱段的辐射强度,会增加短波谱段的反射辐射强度。     

大气湍流对激光通信系统影响的数值模拟

从大气湍流对激光传输的影响出发,在Rytov和Tartaskii理论模型的基础上,得到激光通信系统的信噪比(SNR)、误码率(BER)和光强起伏之间的关系,并对信噪比和误码率在不同湍流强度、不同波长下随传输距离的变化进行了数值模拟。结果表明：大气湍流对系统误码率和信噪比均有明显的影响,且对误码率的影响超过信噪比占主要地位,在不同湍流强度下,误码率随着湍流强度的增加起初以指数形式迅速增长,最后趋于同一值,传输的最大距离有显著的变化,使用长波长的激光可以增加信号传播的有效距离,提高激光的通信质量。