空间目标红外仿真

本文通过建立空间目标的几何模型,分析了目标的热平衡,计算了目标的热分布以及辐射强度.利用卫星工具包(STK)导出了某在轨卫星的轨道数据,计算了大气对红外辐射的衰减,并仿真了在地基红外探测系统的平台下卫星的红外视景图像.     

太阳翼物性参数对卫星红外特性的影响

针对现有文献在卫星红外特性研究时忽略其物性参数随温度变化对红外特性的影响,首先建立了卫星温度场的理论计算模型;然后利用有限元法进一步推导了卫星太阳翼的物性参数随温度变化时卫星温度场的求解方法;接着建立了卫星红外辐射出射度与红外辐射强度空间分布的计算模型;最后计算分析了太阳翼物性参数随温度变化对自身温度和红外特性以及对卫星整体在3~6 m和6~16 m两个波段红外辐射强度空间分布的影响。文章的研究结果对于提高空间目标红外特性的计算精度以及空间目标的红外探测具有参考价值。     

卫星的表面温度与红外辐射特性

建立了卫星温度场与红外辐射特性的理论计算模型.首先利用有限元法求解瞬态热平衡方程,得到了卫星的温度场分布,然后根据卫星的表面温度分布,在3～6μm和6～16μm波段计算了卫星的红外辐射出射度,并对其变化规律及影响因素进行了详细的分析.最后将卫星视为空间点目标,计算比较了卫星处于日照区和地影区时两个波段的红外辐射强度空间分布.该研究结果对于空间目标的红外探测与识别具有参考价值.     

卫星表面散射对其温度及红外特征的影响

基金项目：。摘要：首先建立卫星温度场的理论计算模型;然后给出利用辐射传递因子求解卫星表面间自身辐射和空间热流多次散射的计算方法和流程;最后计算分析了卫星表面间自身辐射和空间热流多次散射对自身表面温度及3～6 μm和6～16 μm两个波段红外辐射特征的影响。研究结果对于提高空间目标红外辐射特性的计算精度以及空间目标的红外探测与识别具有参考价值。     

空间目标红外地基探测的信噪比分析

建立了天空背景辐射、大气传输和地基探测系统的仿真模型,并基于已有的低轨道卫星红外辐射特性的模型,整合了一套研究空间目标红外探测的方案。利用该方案计算了探测器对卫星探测的信噪比,分析了卫星在不同过境时间的红外地基探测的效果。通过比较不同红外波段的探测信噪特性,探究了在不同情况下如何选择最佳的观测波段。研究结果显示,当目标处于日照区而观测点在阴影区时,近红外波段的探测信噪比很高,当目标进入阴影区后该波段无探测信号。不论卫星是在日照区还是阴影区,远红外波段始终可进行探测,但是当卫星表面温度较低或者距离较远时,信噪比较低。另外,由于卫星电池板的对日定向特性,探测器接收到的红外辐射信号会随着太阳高度角的变化而出现不同的特性。     

卫星的红外辐射特征研究

卫星的红外辐射特征对于工作卫星与失效卫星的判别具有重要意义,根据卫星与地球、太阳之间的位置关系,计算了太阳直接辐射角系数,利用随机模拟法计算了地球反照和地球红外辐射角系数,建立了卫星温度控制方程,并利用辐射传递系数的概念和蒙特卡洛方法进行辐射换热的计算,对卫星温度场进行了求解,讨论了卫星红外辐射特征的计算方法,并对其特性进行了分析计算,结果表明：卫星的散热面是区别工作卫星和失效卫星的依据。     

太阳同步轨道卫星空间热流分析

卫星空间热流的计算是卫星可见光特性与红外特性分析的基础,本文首先建立了基于蒙特卡洛法的卫星空间热流计算模型,然后计算了太阳同步轨道对地三轴稳定卫星在轨运行一个周期内所接受的空间热流,最后对卫星的空间热流计算结果进行了详细分析,研究结果对于空间目标可见光特性与红外特性研究具有参考价值。     

空间目标瞬态温度特性研究

红外辐射特性是对空间目标检测跟踪的重要指标,卫星工具包(STK)的重要模块之一STK／Space Environment为用户评价空间飞行器在太空中受到的影响提供了方便。利用此分析模块,计算了空间目标(卫星)在不同轨道下的瞬态温度变化,分析了空间目标进入地球阴影后温度的变化特性。     

多层隔热材料对卫星红外特性的影响

针对空间目标红外特性研究中,忽略多层隔热材料的影响或将其传热过程等效于绝热稳态过程的不足,考虑多层隔热材料中的实际传热方式,分别建立了卫星表面多层隔热材料中辐射换热、间隔层固体导热和残留气体导热的温度计算模型;根据模型计算分析了卫星表面多层隔热材料中不同传热方式对自身表面温度及3~6 m和6~16 m两个波段红外辐射特性的影响;结果显示多层隔热材料中不同传热方式对卫星长波红外辐射特性的影响大于中波红外辐射特性,文中对于提高空间目标红外辐射特性的计算精度具有参考价值。     

基于STK/EOIR的弹道中段目标红外辐射特性研究

提出了一种天基预警系统对弹道中段目标红外探测的仿真方法。利用卫星工具箱的红外模块(Satellite Tool Kit/Electro-Optical Infrared Sensor, STK/EOIR)对中段目标红外辐射的特性进行了研究。首先,提出了基于STK/EOIR的弹道中段目标动态红外辐射特性仿真方法,分析了EOIR目标红外辐射的计算模型和传感器接收模型。然后,给出了典型目标在中波、中长波以及长波红外波段的红外辐照度的仿真结果。最后,对比分析了观测角、观测距离对天基凝视传感器接收目标红外辐照度的影响。仿真结果表明,中段目标红外辐射的强度能满足天基凝视传感器的探测灵敏度要求。     

地基红外云图云导风方法研究进展

利用连续观测的云序列图像进行风场探测的技术已经较为成熟,目前主要应用于卫星云导风中,可以获取较大范围、大尺度的区域风场信息,但利用地基观测云图进行云导风方面的研究还较少。分析了地基测云仪器的发展现状,提出了采用高时空分辨率的地基红外云图,通过阈值确定云高,利用目标匹配方法、目标追踪方法进行示踪云的选择,利用快速搜索算法进行示踪云的搜索,以及地基云导风计算的方法,并分析了导风结果的质量控制思路。利用该类地基红外云图导风资料可以与常规高空风探测手段、卫星云导风资料互为补充。     

利用卫星定位数据计算红外探测系统的作用距离

介绍了一种根据卫星定位数据给出的经纬度信息,计算两点之间直线长度距离和最短弧线长度距离的方法。红外探测系统与目标之间的作用距离是一条直线的长度。根据两者的经纬度信息可以算出它们之间的距离。当红外探测系统与目标中有一方在运动(例如地对空、空对地)或者两方都在运动(例如空对空)时,使用该方法或可计算出红外探测系统的作用距离。     

红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真研究

针对红外预警卫星探测波段遥感数据难以获取的问题,研究了基于地表温度反演的红外预警卫星探测波段地球背景辐射仿真方法。采用了通用型单通道算法对FY-3/MERSI数据集进行地表温度反演,得到了全球地表温度分布图。在此基础上,构建了地表红外辐射模型,充分考虑了海拔、大气模式、地表类型等因素对地表辐射的影响,利用MATLAB与MODTRAN进行联合编程完成每个像元对应的地表辐射计算,实现了红外预警卫星探测波段地球背景辐射场景的图像生成。仿真结果表明:仿真图像分辨率高,能够准确反映红外预警卫星探测波段的地球背景辐射特性,可为研究红外预警卫星作战效能评估和目标识别技术提供场景数据支撑。     

基于Visual C++和OpenGL的红外目标景象仿真研究

对红外目标的红外辐射特性进行了分析计算,提出了在Visual C++6.0环境下利用OpenGLAPI对空间目标红外辐射特性进行仿真的方法.针对假定目标给出了该目标在不同观察方向上的辐射强度并据此生成灰度图像,并利用上海技术物理研究所自行研制的128×128像素电阻阵列红外景象转换器进行了仿真实验,取得了实验结果.对红外目标的红外辐射特性仿真进行研究,为红外景象模拟提供基础.     

航天器起伏表面的红外辐射特性

采用随机表面的计算机生成方法模拟了卫星表面起伏形貌;考虑了空间环境的辐射热流,采用蒙特卡罗法计算起伏表面面元间的辐射传递系数,完成了起伏表面的温度分布计算;考虑表面双向反射分布函数,建立了起伏表面随方向变化的红外辐射强度计算模型,并且以卫星常用的镀铝聚酰亚胺薄膜材料为例,分析了空间目标起伏表面的红外辐射特性。计算结果表明:随机起伏表面的红外辐射特性与理想平面的红外辐射特性差别明显;表面温度分布和红外辐射分布与表面的起伏形貌特征相关性很强。其结果可以为空间目标红外探测技术的研究提供更加有效的支撑。     

目标与背景的红外辐射特性研究及应用

建立了目标与背景红外辐射特性的理论模型，利用理论模型对目标与背景的红外辐射特征进行了分析计算，生成了目标与背景的红外热图像，实现了对某型号导弹打击目标的弹目交汇过程仿真实验。     

地球临边场景红外遥感成像仿真方法

地球临边场景仿真是卫星红外探测领域的关键组成部分,是空中高速目标远距离探测场景模拟的重要基础。临边观测下的地球表面近似于球面,传统的基于海洋三维形态并计算表面辐射特性的海洋红外图像仿真方法不适用。云层的厚度和高度对红外辐射传输特性的计算有重要影响,视云层为粒子团的处理方法会大大降低仿真的计算速度。因此,研究了海洋和云的红外辐射模型、地球-空间坐标系与红外相机坐标系的转换关系和大气传输模型,提出地球临边场景红外遥感成像仿真方法。根据场景组分的差异,分别建立海洋分布模型、多层云分布模型,并根据海洋和云层的红外辐射与反射特性,构建地球临边场景红外辐射模型。通过地球-空间坐标系与相机坐标系的转换关系,利用大气传输理论和传感器效应仿真,计算各观测角度的地球临边场景卫星遥感红外仿真图像。实验结果表明:仿真得到的红外图像画质清晰,符合地球临边场景红外辐射特性,其平均拉普拉斯算子和可达0.15,平均灰度梯度可达0.70。     

基于蒙特卡洛改进算法的空间热流计算

空间热流计算是空间目标热特性及红外特性分析的基础,针对传统蒙特卡洛法在计算空间目标热流时存在耗时较多的不足,提出了基于图形加速的改进的蒙特卡洛热流计算方法,并分别采用传统算法和改进算法计算了卫星的太阳热流,数值分析表明改进算法在保证同等计算精度的前提下,显著提高了卫星太阳热流的计算速度。     

空间目标红外成像特性建模与仿真

基于空间目标成像特性的几何模型,引入了区域分解、网格划分的思想,利用双向反射分布函数建立了空间目标红外光谱特性与成像特性的数学模型,给出了目标在探测器入瞳处及像面上的能量分布计算公式。基于目标和探测器的轨道参数,分析了空间目标的成像条件,给出了成像角度和成像尺度判断的数学依据。以风云一号卫星和伽利略卫星为例,根据目标的结构特性、材料特性、轨道特性等确定输入条件,计算获得了目标在探测器入瞳处的辐射照度及目标红外星等随时间的变化关系,同时获得了目标灰度图像随时间的变化特征。仿真结果验证了建模方法的正确性,实现了空间目标红外成像特性的动态模拟。     

红外目标模拟技术

分析了目标红外辐射特征,进行了外场等效红外信号源参数计算,阐述了外场红外目标模拟系统的构建,依据外场等效红外信号源参数的分析计算,确定了红外外场目标模拟系统的主要参数,介绍了红外目标模拟系统组成及工作原理。研究表明,该系统能够充分体现红外系统在外场测试的目标特征,可作为红外系统外场性能检测的重要手段。