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。     

高温激波层CO2辐射与传输特性数值计算研究

CO₂是中、短波红外探测的主要辐射噪声源,目前针对高温CO₂辐射和传输特性的研究尚不明晰。重点研究了激波层中CO₂的吸收作用,并对CO₂热辐射及光敏面各辐射分量占比进行了计算与分析。采用改进的切线平板法求解辐射传输方程,并考虑了目标与窗口辐射对激波层内辐射场分布的影响,据此推导了激波层红外辐射和传输特性计算模型,最后给出了探测器光敏面各辐射分量及占比计算模型。对某型超声速红外制导导弹飞行高度h=1 km、飞行速度Ma=3~5时激波层特性进行仿真计算,结果表明:中波波段激波层透过率低于短波波段,但总体来说可忽略激波层吸收作用;飞行速度增加导致CO₂辐射噪声区间向长波方向拓宽,Ma≥4、h=1 km时,4.4 μm以上波段有严重的CO₂辐射噪声淹没目标信号,截止波长为4.4 μm的滤波器无法适用。     

激波辐射对红外成像探测影响的抑制方法研究

带有红外成像系统的大气层内高速飞行器的头罩窗口外激波的热辐射将降低系统的探测性能。采用单线组模型描述激波的辐射特性。由于激波辐射相对成像系统是近场辐射,建立相应的模型,计算了激波辐射在探测器阵列上产生的光子辐射照度,还计算了激波对目标辐射的吸收特性。得到了如下的计算结果:激波辐射在探测器阵列上产生的背景辐射可以近似为均匀的背景辐射;激波对目标辐射的吸收可以忽略;激波辐射具有强烈的光谱选择性。根据激波的这些辐射性质,在成像系统中通过分别选用不同的带通滤光片,不改变成像系统工作波段的波长宽度,而仅改变其位置,可以减小激波辐射对目标探测的影响,提高探测的信噪比。     

激波辐射对红外成像探测影响的抑制方法

带有红外成像系统的大气层内高速飞行器的头罩窗口外激波的热辐射将降低系统的探测性能。采用单线组模型描述激波的辐射特性。由于激波辐射相对成像系统是近场辐射,建立相应的模型,计算了激波辐射在探测器阵列上产生的光子辐射照度;还计算了激波对目标辐射的吸收特性。得到了如下的计算结果:激波辐射在探测器阵列上产生的背景辐射可以近似为均匀的背景辐射;激波对目标辐射的吸收可以忽略;激波辐射具有强烈的光谱选择性。根据激波的这些辐射性质,在成像系统中通过分别选用不同的带通滤光片,不改变成像系统工作波段的波长宽度,而仅改变其位置,可以减小激波辐射对目标探测的影响,提高探测的信噪比。     

植被冠层3D辐射传输模型及热辐射方向性模拟

研究了植被冠层的热辐射方向性并建立了有关模型.从辐射传输机理出发,建立了3D冠层场景,并将场景以微分体元方式进行离散,根据给定的观测几何参数进行逐个体元内部与体元之间的多次散射及发射辐射传输计算,最终通过积分运算得到所有微分体在半球空间上对给定观测方向上的热辐射,得出整个冠层的热辐射方向性.利用两个时相的地面观测数据对3D辐射传输模型及模拟结果进行了验证和分析,相关系数分别为0.91和0.79,RMSE分别为0.4K和0.6K,证明建立的模型是有效的,能改进热红外温度反演精度和实现组分温度反演.     

雄穗对玉米冠层热辐射方向性的影响分析

通过三维计算机模型TRGM模拟分析了抽穗期雄穗对玉米冠层热辐射方向性的影响,并利用高架车平台和热像仪进行了地面遥感观测验证.结果表明,雄穗的存在对整体冠层的热辐射方向性特征影响较小,在建模和反演过程中可以忽略.     

高超声速激波辐射对红外成像系统的影响分析

带有红外成像探测系统的飞行器在大气层内高速飞行时,其光学窗口外高温激波流场的热辐射将降低成像探测的信噪比和探测距离。先根据近场辐射成像光路的几何关系推导了焦平面上单元像素接收的流场辐射功率和流场向其与窗口界面外发射的辐射亮度的函数关系,然后采用箱带模型描述流场的辐射机制,再求解辐射传递方程以计算该辐射亮度。计算了探测器上的流场辐射功率分布和目标的辐射成像结果。计算结果表明:激波流场为光学薄介质,其对目标辐射的吸收可以忽略;成像系统接收的流场辐射能量为非均匀背景噪声;当高度不变、马赫数增大时,该能量将增大,所以信噪比将减小;当马赫数不变、高度增大时,该能量将减小,所以信噪比将增大。     

一种顾及观测视场的行播作物热辐射方向性模型

热辐射方向性是热红外遥感反演和产品真实性检验中的关键问题之一。本文针对行播作物,构建了一个综合考虑光照植被/阴影植被、光照土壤/阴影土壤、植被-土壤多次散射和观测视场多影响因素的行播作物热辐射方向性模型,并详细分析模型精度以及模型对LAI、冠层结构等参数的敏感性。结果表明,本文模型不仅能够很好体现出行播结构热辐射特性和热点效应,而且适用于连续作物热辐射特性模拟;与现有FRA97模型和FovMod模型对比一致性良好,均方根误差分别为0.18 K和0.36 K。     

高超声速再入体可见、红外辐射特性数值模拟

用带有非平衡化学反应源项的粘性激波层方程模拟了高超声速小钝头体零攻角再入段绕流流场，并对壁温边界条件进行了改进，建立了复杂几何形状为求解辐射传递方程的贴体坐标体系下的离散坐标法，与谱带模型相结合求解了小钝头体头身部七组元空气激波层辐射强度场，考查了紫外光谱区（0．2－0．4μm） 、可见光谱区（0．4－0．8μm）及红外光谱区（0．8－2．0μm吸收系数不确定性对辐射场计算结果的影响。     

高超声速飞行器激波层产生的光折射效应数值模拟

用结构网格Godunov有限体积计算格式,模拟了高马赫数钝头体的全流场和激波层的特性,根据气压和密度的分布对流场进行了均匀层、激波层和非均匀层的划分,数值模拟了高超声速飞行器头部产生的高压、高密度的激波层对光束产生的折射效应.结果表明,高马赫数下飞行器产生的激波,在很大程度上影响了光束的传输,通过模拟三维空间大气的流场压力和密度,进行光学计算校正光束通过激波层产生的折射误差是可行的.     

热冲击应力对非硅MEMS器件可靠性的影响

以非硅MEMS器件作为研究对象,建立了非硅MEMS器件基本结构的热-机械耦合的有限元分析模型,并加载–60~+150℃的热冲击应力进行有限元分析。分析结果表明,热冲击应力导致结构层间由于热膨胀系数失配而产生应力,其中铜层与铬层界面间应力最大,且主要表现为x方向的剪切应力,其随温度循环在–75.6 MPa至125.3MPa之间转换,因此该界面间最易发生疲劳失效,导致结构分层。在此基础上,对某非硅MEMS惯性开关开展了热冲击试验和随机振动试验,验证了理论分析结果的正确性,找到了非硅MEMS器件的主要失效模式。     

Transient thermal analysis of sapphire wafers subjected to thermal shocks

Rapid heating and cooling are commonly encountered events in integrated circuit processing, which produce thermal shocks and consequent thermal stresses in wafers. The present paper studies the heat transfer in sapphire wafers during a thermal shock as well as the dependence of the wafer temperature on various process parameters. A three-dimensional finite-element model of a single sapphire wafer was developed to analyze the transient heat conduction in conjunction with the heat radiation and heat convection on the wafer surfaces. A silicon wafer was also investigated, for comparison. It was found that the rapid thermal loading leads to a parabolic radial temperature distribution, which induces thermal stresses even if the wafer is not mechanically restrained. The study predicted that for sapphire wafers the maximum furnace temperature of 800 /spl deg/C should be held for two hours in order to get a uniform temperature throughout the wafer.     

含片状粒子涂层的热辐射

用几何光学绕射理论研究了片状粒子的散射，由非均匀系统的热辐射传输方程求出了含片状粒子涂层的表观比辐射率，讨论了片状粒子的线度、体积化、涂层厚度等因素对涂层系统辐射性能的影响，比较了含片状粒子涂层和含球状粒子涂层的辐射性能。     

红外成像光学系统近场辐射噪声建模与仿真分析

在红外探测系统中,当目标信号比较弱时,少量的杂散光引起的噪声就会大大降低系统的输出信噪比,从而降低系统的探测能力。对于高灵敏红外成像探测系统和低冷辐射环境模拟系统,系统自身热辐射将成为杂光的最大来源。文中分析说明了系统自身热辐射杂光的确定性和近场性,提出了一种新的基于光线光学的计算模型,讨论了计算模型中的一些关键问题和解决方法,并编程实现了对近场物体杂散辐射的精确数值模拟与仿真。得到了杂光在探测器上的辐照度分布图,并分析了温度、物距和辐射系数等参数对系统杂光水平的影响。对如何合理高效地降低系统自身热辐射噪声具有指导意义。     

背景光对恒虚警下APD探测性能影响评估方法

针对恒虚警工作方式下,噪声、信号及倍增因子之间相互作用的问题,分析了倍增因子、背景辐射对APD探测系统性能的影响以及恒虚警补偿方式的工作原理,建立了恒虚警下背景辐射与倍增因子的关系模型。通过求取有、无背景光时系统可探测到的最小信号功率,建立了APD性能的评估模型,设计实验对模型进行了验证,利用该模型分析了不同噪声对APD探测性能的影响。结果表明,随着背景光增强,其对APD的性能影响逐渐增大,且增大速率逐渐减缓;暗电流噪声较小时,背景光对APD作用较为明显,随着暗电流噪声的增大,背景光对系统影响迅速减小,最终趋于平稳;背景光对APD的影响随热噪声、放大电路噪声的增大而均匀增大。