风驱雨与湿热耦合作用下的地面目标表面温度计算模型EI北大核心CSCD

天气环境变幻莫测,阴雨天气更是不可避免,研究地面目标表面热特征可以更好地服务于热红外探测与热红外制导,提高目标定位的准确性。阴雨天气条件下地面目标表面降雨分布受降雨、风力影响;地面背景受透水材料的水分吸收及蒸发带来的潜热影响,致使地面目标表面的热特征具有不确定性。文中将空气流动模型、辐射换热模型、风驱雨模型和湿热耦合模型相结合,在开源平台Open FOAM提出了一种集成考虑风驱雨与湿热耦合的地面目标表面温度计算模型,研究阴雨天气条件下地面目标表面的热特征以及降雨强度和风向对目标表面温度特性的影响。结果表明:利用该集成计算模型计算目标表面温度的模拟值与热电偶实测值变化趋势高度一致,数值计算24 h各表面的平均绝对误差为0.95 K;存在降雨的时刻目标表面的温差较小,受降雨与风向的影响,目标的迎风面因降雨捕获率较高,温度通常低于背风面温度;降雨强度、风速风向发生改变均会影响目标表面降雨捕获率分布,从而影响表面温度特征分布。研究表明该方法具有可靠性和较好的精确性,可为阴雨天气条件下复杂地面目标的热特性分析提供方法支撑。     

真假目标热特性差异的理论分析

根据传热学原理,建立了假目标和真目标的简单传热模型,计算了一日内假目标和真目标温度随时间的变化,结果表明:假目标表面温度可以通过热平衡方程求解;真目标温度日变化受厚度的影响最大,厚度越大,温度变化越平缓,厚度越小,越接近假目标.表面发射率对真目标或假目标温度变化有相同的影响,发射率越低,一日内表面温度就越高.太阳能吸收系数仅在白天具有太阳辐射时对温度有影响,它与发射率对温度的影响刚好相反.     

雾天多次散射对激光透射仪能见度测量的影响

为了分析雾天多次散射引起的激光透射仪能见度测量误差，结合激光大气透射仪的系统参量，基于平流雾和辐射雾分布模型，采用蒙特卡洛法对激光在雾中的传输特性进行了理论分析和数值模拟，获得了雾天透过率数据，并计算得到了多次散射引起的能见度误差。结果表明，在雾天气下随着空气中含水量的增多，多次散射越明显，透过率测量误差越大，辐射雾的透过率相对误差高达116.76%；同等条件下，当接收机直径为100cm时，辐射雾多次散射引起的能见度测量误差为19.30%；同时选取较小的接收机直径可以减小多次散射引起的能见度测量误差。因此, 在雾天应用激光透射仪进行能见度测量时，需考虑多次散射的影响。此研究结果对实际雾天气下激光大气透射仪能见度的测量具有重要的指导意义。     

复杂背景下大尺寸目标激光散射回波能量的计算

由于实际环境的复杂性, 理论计算大尺寸复杂目标粗糙表面的激光散射回波能量影响一直十分困难。将随机介质离散粒子光散射理论和粗糙面光散射理论结合起来, 利用计算机图形学精确建立复杂目标的几何模型, 依据复杂目标粗糙表面特征, 并考虑沙尘、雾等环境特性对激光传输的影响, 计算了大尺寸复杂目标粗糙表面激光散射在复杂环境下回波能量随不同观测角度和能见度的变化情况。计算结果可用于目标特征提取、识别和分类, 满足工程精度需求。     

复杂背景下大尺寸目标激光散射回波能量的计算

由于实际环境的复杂性,理论计算大尺寸复杂目标粗糙表面的激光散射回波能量影响一直十分困难。将随机介质离散粒子光散射理论和粗糙面光散射理论结合起来,利用计算机图形学精确建立复杂目标的几何模型。依据复杂目标粗糙表面特征,并考虑沙尘、雾等环境特性对激光传输的影响。计算了大尺寸复杂目标粗糙表面激光散射在复杂环境下回波能量随不同观测角度和能见度的变化情况。计算结果可用于目标特征提取、识别和分类,满足工程精度需求。     

排放口结构对水下航行器热射流红外特征的影响

水下航行器动力系统循环冷却水经由排放口排出,与环境水体掺混换热形成热射流。热射流在环境水体中扩散、浮升并在水体表面形成红外特征。为探究排放口结构对水下航行器热射流红外特征的影响,文中采用仿真分析结合实验验证的方法进行研究。依托CFD计算软件平台建立水下航行器运动模型,设计不同半径比椭圆形排放口结构并对比热射流红外特征差异。通过缩比水池实验验证椭圆形排放口半径比对热射流红外特征的影响,同时验证仿真计算方法及设计参数的有效性。在椭圆形排放口的基础上,进一步设计排放口数量及分布位置,抑制热射流红外特征,提升水下航行器热隐身性能。根据仿真计算及实验结果可知,在排放流量相同的条件下,半径比越小的椭圆形排放口热射流掺混换热效果越好,红外特征越不明显。同时,增加排放口数量以及排放口分布位置采用两翼排列方式可以进一步加强热射流温度衰减,降低水面最高峰值温度。     

变形镜热形变及其对光束质量的影响分析

在考虑中红外高反膜系的非均匀吸收情况下,利用ANSYS有限元分析软件,建立了带高反膜系的变形镜模型。定量分析了连续激光辐照下,变形镜的温升、热形变及其对光束质量的影响。研究结果表明,在使用有限元软件进行分析时,高反膜系的非均匀吸收不可忽略;变形镜极头间距越窄,热形变带来的波前畸变空间频率越高;当入射波前峰谷(PV)值与变形镜热形变面形PV值相差不大时,热形变带来的影响最明显;在总吸收能量一定的情况下,入射激光功率越大,热形变对光束质量的影响越明显。此外,针对不同的换热条件,讨论了变形镜热形变对光束质量的影响,进而针对热形变的产生机理,提出采用局部换热方式降低变形镜的热形变。     

添加表面活性剂的喷雾冷却实验研究

建立了双喷嘴喷雾冷却实验与测量系统,以去离子水为工质,对喷雾冷却的影响因素进行了实验研究.结果表明,喷雾冷却具有很强的换热能力,适用于低表面温度、高热流密度的微电子和光电子元器件冷却;工质进口温度不变时,随工质流量增大,系统换热能力提高,热表面温度降低;喷嘴高度对冷却效果有很大影响,实际过程中存在一个最佳喷射高度;在工质中适当添加表面活性剂(SDS)可以提高换热能力,降低热表面温度,表面活性剂浓度对于喷雾冷却的换热效果有很大影响.     

含圆柱夹杂功能梯度板条中的热波散射问题

采用复变函数法和镜像法,研究了功能梯度板条结构中含圆柱亚表面夹杂的热波散射问题.基于双曲型热传导方程,求解了含圆柱亚表面夹杂板条中热波散射与温度场,并给出了温度场的一般解.温度波由调制光束在材料表面激发,板条上下表面的热边界条件为表面温度等于环境温度.分析了夹杂的几何参数和热物性参数对板条左表面温度的影响,如板条的宽度和非均匀参数对板条表面温度的影响.可望为功能梯度材料的红外热波无损检测提供计算方法和参考数据.     

天然橡胶布和钢板热特性差异的理论分析

根据传热学原理,建立了天然橡胶布和钢板的简单传热模型,计算了一日内天然橡胶布和钢板温度随时间的变化.结果表明：天然橡胶布表面温度可以通过热平衡方程求解;钢板温度日变化受厚度的影响最大,厚度越大,温度变化越平缓,厚度越小,越接近天然橡胶布.表面发射率对钢板或天然橡胶布温度变化有相同的影响,发射率越低,一日内表面温度就越高.太阳能吸收系数仅在白天具有太阳辐射时对温度有影响,它与发射率对温度的影响刚好相反.     

基于多小波增强的雾天运动目标跟踪技术

在雾天等能见度极低的天气环境下应用联合变换相关器对运动目标进行跟踪识别，针对目标由于灰度对比度极低、能见度差及环境中背景噪声干扰所引起的低识别率问题，提出了一种基于多小波增强的预处理方法，该方法在多小波变换优点的基础上，根据分解后系数的不同特点，采用不同方法分别增强高、低频系数，使处理后的图像在不失真的同时，对比度和目标边缘同时增强，且背景噪声得以抑制。对模拟雾天环境下拍摄的大量运动目标进行光学相关实验，结果表明:该方法能有效提高在雾天天气环境下运动目标的跟踪效率，验证了算法的可行性。     

天气条件对车载红外辅助驾驶性能的影响

综合分析车载红外辅助驾驶安全制动过程、红外探测静态性能模型和动态性能模型,建立了辅助驾驶安全行车视距模型;分析了辅助驾驶最大安全车速与路况环境、红外探测性能之间的关系,发现其主要与滑动附着系数和探测距离相关;通过红外探测距离的修正计算,对夜间最大安全车速进行了仿真分析,结果表明良好天气条件下其主要受目标背景温差的影响;以雾天和雨天为重点进行了实例分析,结果表明:雾天主要对探测距离形成影响,特别是能见度小于1 km时影响加剧,能见度500 m时最大安全车速可控制在21 ～25 km/h,雨天对探测距离和滑动附着系数均会形成影响,辅助驾驶应以红外识别条件下的最大安全车速控制为主,降雨强度50 mm/h时最大安全车速可控制在12 ～14 km/h。     

基于辐射换热理论研究水雾对红外辐射测温仪的影响

从辐射、吸收或散射性参与介质的辐射换热机理出发,通过建立有参与性介质影响时辐射测温问题的物理模型与数学模型,探讨了当高温物体表面被水雾遮盖时,采用单色,比色红外辐射测温仪进行温度测量时所受到的影响.参与性介质影响下辐射测温问题的数学模型主要包括介质辐射换热模型和辐射测温仪模型.模型求解中水雾的辐射特征由Mie散射理论求解,考虑到辐射测温仪的工作特性,采用在波带上积分的方法处理水雾随光谱变化的辐射特性,并采用离散坐标法求解谱带辐射传递方程.研究表明,水雾粒子介质的粒度分布情况及辐射测温仪工作波长是测温体系的两个重要的影响因素.受到水雾介质的衰减作用,单色辐射测温仪的测量值小于真实值,比色测温仪的测量值则随着工作波长的不同可能比真实值偏大,也可能偏小.     

气象因素对人造雾光电干扰效果的影响

分析了造雾剂的成雾原理和成雾效果的气象影响因素，研究了封闭空间和外场开放空间相关气象因素对成雾光电干扰效果的影响，结果表明，当环境相对湿度大于造雾剂潮解相对湿度时，高环境相对湿度和较低温度有利于成雾，气流的扰动可以降低造雾剂成雾所需的相对湿度；外场试验中由于气流和风速的影响，当环境相对湿度低于造雾剂潮解相对湿度时，能够很好地成雾，而且由于大面积成雾的集团效应，使雾幛抵抗不良气象条件的能力增强，人造雾受气象条件和地域的限制降低。     

基于物理模型的快速单幅图像去雾方法

在雾天环境下,获取的图像受到大气粒子散射的影响而导致对比度和能见度降低.针对该问题,提出了一种基于物理模型的单幅图像的快速去雾方法.该方法以大气散射模型为基础,引入暗原色先验规律求取全局大气光,利用双边滤波局部估计雾浓度,间接求取大气耗散函数,最终通过变换的大气散射模型恢复无雾图像.大量实验结果表明,该方法能够恢复出自然清晰的无雾图像,并能够较好地处理景深突变的边缘及远景处.此外,该算法在处理图像的运算时间上具有明显的优势,可满足图像实时处理要求.     

长江口北部沿海地区雾的气候特征及其与气象要素的关系

为了掌握长江口北部沿海地区雾的生消规律以及为其开展雾的生消预测提供参考依据, 利用1981—2010 年南通、启东、海门三个气象观测站地面气象观测资料, 统计分析了长江口北部沿海地区雾的气候特征及其与气象要素的关系。结果表明:长江口北部沿海地区的雾具有较明显的年际变化特征, 平均每年有16—17天, 出现浓雾 (能见度≤0.5 km) 的概率达60%以上;季节变化明显, 冬季最多、春季和秋季其次、夏季最少;主要发生在下半夜到清晨, 日出以后雾逐渐消散。有利于长江口北部沿海地区雾形成的气象条件是:相对湿度90%以上, 风向为E-ESE-SE-SSE, 风速4 m/s以下, 海平面气压在1 01.51 03.0 kPa之间, 气温在2℃20℃的区间内。风速越小, 相对湿度越大, 形成的雾越浓。     

雨雾天气下的户外场景成像

本文分析了雨雾天气下大气介质对户外场景成像的影响,通过输运理论与解析理论的结合,得出了能见距离与图像对比度及分辨率的理论关系,给出了图像合成的公式,并且通过实验把模拟产生的图像与实际拍摄的图像进行了比较.     

云雾干扰条件下激光引信高斯分解测距方法

在云雾影响下,脉冲激光引信存在着虚警概率高、测距精度差的问题,这些问题是制约激光引信全天候工作的主要问题。为了降低云雾对于全波形采样激光引信的影响,提出一种基于高斯分解的回波脉冲处理方法,采用高斯模型将回波信号分解成单独高斯脉冲的形式,根据波形特征分辨出真实目标回波与云雾后向散射回波。从理论仿真和实验上对比了该方法与数字互相关方法的性能差异,结果表明:在能见度小于4 m的云雾条件下,数字互相关法测距精度恶化到1.6 m,而高斯分解法能够实现0.18 m的测距精度,优于互相关处理方式。该方法为激光引信在云雾环境下高精度测距提供了新的数据处理思路。     

雾天环境下激光传输的衰减特性研究

激光在大气中传输时容易受天气的影响,因为雨、雪、雾等恶劣天气对激光有严重的衰减作用,会使通信的稳定性变差.因此分析激光在不同天气条件下的传输效应和衰减特性非常有必要.本文根据辐射雾和平流雾中含水量和能见度的经验关系,分析了雾天气对激光大气传输衰减的计算公式,并对三种常用的雾衰减经验模型进行了Matlab数值仿真,得出了激光衰减系数和雾天气能见度的关系.     

人工红外光源对地面目标红外特性的影响

研究人工红外光源对地面目标红外特性的影响,对目标的探测、识别、红外特征的模拟有重要的意义.建立了人工红外光源照射目标的理论模型,对影响目标表面温度的各种因素进行了分析,重点讨论了人工光源对目标表面温度的影响.以合肥某建筑物为例,对红外光源照射时的目标表面温度进行了计算与测量,在此基础上对目标红外辐射进行了计算与分析.结...