无人机红外辐射特性计算与分析

将高精度的CFD技术和红外离散传递法相结合,建立了一套基于纳维－斯托克斯（N-S）方程和光谱辐射强度方程相结合的无人机红外辐射的数值模拟方法。采用CFD方法开展了某无人机蒙皮气动加热性能、发动机排气系统的温度和组分摩尔浓度分布计算,结合离散传递法开展红外探测敏感波段下蒙皮、尾喷口和尾喷焰三个主要辐射源的红外信号特性综合分析,研究了不同红外参数变化下全机外形特征、发动机喷管构型和尾喷焰流场分布对红外辐射贡献的影响,获得了一些可以指导无人机红外隐身设计有价值的结论。     

复杂环境中红外成像系统探测性能的评估

用户越来越重视装备在复杂环境中的使用效能,而探测性能是红外成像系统使用效能的关键因素,因此复杂环境中系统的探测性能备受关注。以往不同应用的红外成像系统,无论是以阈值辐照度还是噪声等效温差衡量,其探测性能在测试时都只简单认为背景辐射是均匀的。这种情况与实际使用环境差别较大,测得的结果比较理想,对用户缺乏指导意义,用户难以认同。如何改进、完善测试评估体系获取与使用环境相关的探测性能,并以此指导用户使用已受多方关注,文章就此进行探讨。红外成像系统探测性能主要受背景红外辐射和传输路径两方面环境特性影响。传输路径研究相对成熟,目标及背景在传输中皆受到衰减,不同大气条件、不同波段衰减不同,可以利用一些商业软件进行分析计算;背景辐射对探测性能影响很大,但此影响研究不够系统、深入,无法对探测性能评估提供有力支持。文中针对复杂环境中的探测性能评估进行了分析,提出了评估的技术途径以及相关工作的需求。     

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。     

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。     

中段目标平动及微动的红外辐射特性分析北大核心CSCD

红外辐射特性是对弹道目标进行探测和识别的主要依据之一,而目标结构、材料、空间位置、运动形式都会对其辐射特性造成影响。论文针对天基红外探测场景下中段目标平动及微动的辐射特性分析开展研究。首先构建天基红外探测场景模型,通过轨道仿真计算不同时刻中段目标的空间位置、相对探测器的空间姿态等参数;其次基于中段目标红外辐射模型,综合考虑不同位置及姿态参数下太阳辐射、地球背景辐射等参数,计算相应的目标温度与辐亮度等;最后综合考虑目标相对探测器的空间距离及姿态,仿真不同波段下红外探测器获得的中段目标辐照度,以及不同运动形式对辐照度的影响。仿真结果表明,目标微动对辐射特性的影响不可忽视,可作为目标识别的一个特征,为后续目标探测与识别提供数据支撑与指导。     

红外成像制导中的气动热辐射效应机理

高速导弹光学窗口外存在激波层,为高度不均匀的高温气体介质。其热辐射效应使红外探测设备获得的红外遥感图像存在退化和畸变。通过对分子热运动的计算,分析高温气体分子、原子辐射吸收系数,将流场数据有限元处理,实现灰气体总体模型与逐线计算方法的改进结合;通过对气体介质求解辐射传递方程,基于离散传递法的思想,推衍出激波层的热辐射强度计算模型;结合光线传输模型寻找导引头探测口径内的视线路径,解析大气热辐射机理,发展激波层热辐射数值计算方法,两种定量计算模型互为比较验证。研究得出激波层热辐射噪声与来流参数之间的关系,并给出了经验公式。     

基于MODTRAN的红外系统对巡航导弹探测距离的估算

基于最小可分辨对比度准则,研究了在考虑背景环境下机载红外成像系统对目标最大探测距离的计算方法.分析了红外目标在3～5μm与8～12μm两个波段上的红外辐射特征和背景辐射、大气透过率等因素对探测距离的影响,给出了探测距离的推导公式.最后用MODTRAN软件对大气透过率进行了模拟计算,得到了波数间隔为1cm-的光谱大气透过率数据.计算了各微小波长区间内辐射到探测器上的辐照度.考虑到大气透过率与距离的关系,取消了传统算法中用常数或者拟合函数来代替大气透过率的方法.以巡航导弹为例,对红外系统探测距离进行了数值计算.仿真结果表明,该计算方法具有可行性.     

红外预警卫星空间虚警源辐射特性分析

针对红外预警卫星的虚警问题,研究了地球同步轨道红外预警卫星的空间辐射环境。在计算卫星探测谱段内的地球背景辐射特性并将其作为衡量基准的基础上,分析了空间环境中可能造成红外预警卫星虚警的辐射源,并对各种空间辐射源在红外预警卫星短波探测谱段2.63~2.83 m和中波探测谱段4.18~4.50 m的辐射特性进行了数值计算。结果表明:太阳直接辐射对卫星探测器的辐照度远大于卫星的背景辐射强度,应采取规避措施;红外预警卫星的主要虚警源为月球辐射和近地轨道航天器辐射;月球辐射的影响主要来自镜头的聚焦作用;近地轨道航天器辐射的影响发生在红外预警卫星的中波探测谱段,研究结果可为研究相应的背景抑制及虚警源识别技术提供参考。     

红外仿真中像面最大温差的计算方法

针对红外仿真系统中杂散辐射会影响模拟像面温度均匀性的问题,提出了像面温度偏差这一概念,并给出了像面最大温度偏差值的计算方法.建立了用于计算像面最大温差的红外仿真系统简化模型.定义了能反映像面温度变化的局部辐照度偏差系数.推导了局部辐照度偏差系数与像面最大温差的表达式,给出了红外仿真系统像面最大温差的一般计算步骤.通过实际算例演示了该计算方法,并设计了验证实验.结果表明,测试得到的像面最大温差均在理论计算数值范围内,从而验证了该方法的正确性和有效性.     

各向异性发射球体热红外辐射概率特性

针对红外探测制导和检测等研究的热点问题, 探讨了目标红外辐射的方向性对红外探测的影响.以各向异性等温球体为研究对象, 建立从目标到探测器敏感面阵的红外传输整体模型.以能量概率密度分布函数为基础, 构造敏感面上单元格的能量描述方法.采用蒙特卡洛法, 计算单元格的红外信号强度, 分析红外小目标的方向辐射特性对探测敏感面上能量分布的影响.结果表明, 当目标表面半球方向发射率一定时, 提高法向发射率可显著增强目标中心所在像元的红外信号强度, 增大目标像元间红外信号对比度.     

尾焰红外辐射特性计算研究综述

目前,尾焰的红外辐射特性计算方法非常多。虽然不同飞行目标尾焰红外辐射特性计算的复杂性有一定差别,但是其计算思路及方法很相似。给出尾焰红外辐射特性计算的基本步骤,并对每一步中使用的主要方法进行分析和比较,给出推荐的使用方法。重点讨论了液体燃料飞行目标尾焰中考虑粒子对于辐射的影响的必要性,及辐射传输方程中三种备受关注的求解方法的研究现状及特点。指出目前红外辐射计算方法中存在的问题及改进方法,为今后尾焰辐射特性计算中方法研究和改进提出建议。     

改进神经网络的红外成像测温算法

根据热辐射理论和红外成像仪的测温原理,推导了被测物体表面真实温度的通用计算公式以及红外图像的热值与真实温度的对应关系.针对神经网络温度计算法在计算温度时存在较大误差的问题,提出用最小二乘法和改进输入的神经网络法计算温度.这两种算法以红外威像仪输出的三基色之间的比值为自变量或输入量,更好地体现了比色测温原理,因此能较好地消除在实际测温过程中发射率、烟尘和火焰脉动对计算结果带来的影响.通过仿真结果表明,这两种方法的计算精度均高于原神经网络法的精度,而改进输入的神经网络温度算法的计算精度略高于最小二乘法的计算精度.     

短波红外高光谱成像仪背景辐射特征研究

文章指出背景辐射对短波红外高光谱成像仪辐射精度、信噪比是有影响的.给出了色散型短波红外光谱仪的背景辐射定量计算模型,分析了温度及温度变化与辐射精度的关系,并通过实验数据进行了验证.在背景辐射特征分析的基础上,分析总结了小相对孔径冷屏、高精度温控、冷光学、经常性标定等几种减小背景辐射影响的措施.本文的研究工作对于提高高光...     

飞机红外隐身及探测技术简介

根据理论方法和调研情况,介绍了 主要的隐形飞机,并阐述了红外探测技术的发展 及其主要的应用领域。在分析隐形飞机的红外辐射之 后,主要对隐形飞机的尾喷管辐射、尾焰辐射以及蒙皮 辐射进行了研究,并针对每一种辐射都给出了具体的红外 隐身方法。最后给出了结论,并期望针对红外隐身技术发展 出更先进的可满足现代军事需求的红外探测手段。     

海面背景红外实时仿真

海面背景红外实时仿真方法研究在现代红外技术发展中具有重要的理论意义和应用价值。结合现有计算机软硬件条件,引入多种优化技术,提出一种海面背景红外实时仿真方法,实现了较高帧速的海面背景红外实时仿真。使用2D FFT技术快速计算海面几何模型数据,引入Geomipmap技术优化组织海面几何模型数据,利用GPU加速红外辐射计算,提出预生成离线数据技术和基于视点渲染的技术,提高了实时渲染速度。实验结果表明,该方法生成的红外海面背景渲染速度可达到300帧/s以上,满足实时仿真的要求,同时,为仿真系统中其他部分的仿真预留出了较多计算资源。     

基于OpenFlight API的建筑物场景自动建模及红外仿真

针对建筑物场景红外仿真真实性差、对国外软件依赖性强的现状,提出了一种新的适用于大规模建筑物场景自动建模及红外仿真的方法。该方法利用Google Earth提供的高分辨率航片中的阴影和地形信息,结合OpenFlight API自动建立建筑物场景三维模型,解决了数字高程数据、楼层数据缺失条件下的建模难题;通过对航片中不同城市地物的分割建立材质标号图像,利用理论分析的方法建立了建筑物场景中不同地物的红外辐射特征方程,离线生成了零视距红外纹理,并增加大气以及探测器作用效果,提高了红外场景的描述细节和真实性。     

红外辐射与物质的热作用

关于红外辐射加热物质的研究和应用已经有许多年的历史了，把这一问题作为工程热物理内容来研究辐射与物质相互作用，曾经提出并应用了多种方法，也在实践中取得了很多经验和成果，并为国家节能事业做出了很大贡献。简要总结有关的内容。     

无人机蒙皮红外辐射特征研究

以典型飞翼布局无人机为研究对象,采用流场计算商业软件和自主开发红外计算软件相结合的形式,利用离散传递法计算了全机在8～14 m波段红外辐射强度分布。在红外计算过程中,考虑了发动机固体壁面的发射和反射,飞机蒙皮的发射,燃气内CO2、H2O和CO吸收与发射作用。结果表明:马赫数是影响其8～14 m波段红外辐射特征的重要因素之一;通过冷却、隔热等措施降低后机身发动机热影响区蒙皮的温度或者在机身蒙皮上涂敷低红外发射率材料可以明显降低飞机在8～14 m波段的红外辐射特征,该研究为未来飞行器红外隐身设计提供了参考。     

带全遮挡导流支板的二元排气系统与后体组合模型的流动传热与红外特性分析

为了降低末级涡轮对排气系统尾向红外辐射贡献,通过设计导流支板实现对末级涡轮的全遮挡,运用数值模拟的方法研究了三种排气系统（基准轴对称排气系统、二元排气系统和带全遮挡导流支板的二元排气系统）与飞机后体组合模型的流动传热与红外特性,揭示了三种组合模型尾向3~5 μm波段的红外辐射特性的一般规律。结果表明,二元排气系统与飞机后体组合模型和带全遮挡导流支板的二元排气系统与飞机后体组合模型在尾向的红外辐射强度,相对基准轴对称排气系统与飞机后体组合模型,均有所降低,在0°观测方向降幅分别为22.1%和46.9%。若全遮挡导流支板采用冷却技术,只要冷却效果达到0.282和0.482,组合模型的红外辐射强度在0°观测方向相比支板未冷却状态的降幅分别为20.4%和35.45%。     

气溶胶抑制红外辐射研究综述

气溶胶抑制红外辐射是重要的红外隐身技术之一,国外已处于实用阶段,国内起步较晚,目前还处于机理和实验研究阶段。通过对国内外研究成果进行综述,总结了研究方法和关键技术,并对该技术在无人机上的应用作了展望。