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3~5μm波段,蒙皮辐射主要集中在8~12μm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.     

导弹预警卫星探测原理及其攻防技术探讨

导弹预警卫星通过对弹道导弹尾焰红外辐射的探测实现主动段对弹道导弹的跟踪预警.从大气吸收的角度出发,对导弹红外预警卫星的探测原理进行了研究,通过计算说明了卫星对导弹尾焰进行红外探测的波段选择依据,并从探测距离上对该红外预警卫星的探测能力进行了建模研究.探讨了对光学探测卫星实施干扰时需要解决的问题以及卫星可能采取的防护方法.     

红外预警卫星直视地表波段选择及探测能力

建立了红外预警卫星直视地表（See-To-Ground,STG）波段探测能力计算模型,并仿真研究了STG最佳探测波段范围以及该波段在导弹预警中可能具备的能力。首先建立了固体、液体导弹尾焰红外辐射模型、地球/大气环境特性模型、点目标辐射通量表观对比度模型、预警卫星系统噪声模型和最低探测高度模型;其次,利用上述模型分析了固体和液体导弹尾焰的表观对比光谱分布规律,认为将STG波段选定为2.86~3.0 m最具合理性;然后,通过分析液体和固体导弹尾焰在该波段的表观对比度光谱随高度的变化规律,初步探讨了STG波段的导弹探测能力;最后,通过分析不同条件下预警卫星对导弹的首次探测高度,系统研究了SBIRS-GEO预警卫星在STG波段的探测能力。研究结果表明:STG波段对固体导弹则具有较强的早期预警能力,而对液体导弹的早期预警能力则相对较弱。     

导弹尾焰红外辐射运动变化探测研究

针对导弹尾焰红外辐射的探测问题,分析了导弹的运动状态对尾焰红外辐射探测的影响,建立了导弹尾焰红外辐射探测模型。主要研究了直线、水平圆弧及爬升和下滑的运动状态的探测模型,并进行了仿真,得出了三种运动状态下导弹尾焰红外辐射运动探测的变化规律。     

基于辐射通量表观对比度光谱的红外预警卫星探测波段选择方法

选择合理的探测波段是设计红外预警卫星需要解决的重要问题.提出了一种基于点目标辐射通量表观对比度光谱确定红外预警卫星探测波段的方法.论文首先建立了较完善的火箭尾焰表观对比度光谱计算模型,进一步建模计算了典型液体和固体火箭尾焰在不同高度的红外辐射特性,使用通用大气辐射传输(CART)软件计算了典型大气条件下的地球/大气背景辐射以及不同高度处大气的透过率和路径辐射,在此基础上以典型液体和固体火箭为例,计算了尾焰在不同高度处的辐射通量表观对比度光谱.结果表明:不论液体还是固体火箭,在2.55~2.85μm和4.19~4.48μm波段的辐射通量表观对比度都比较大,红外预警卫星工作波段可以选为上述波段.     

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。     

火箭尾焰的空间外差光谱探测可行性分析

为了跟踪和识别飞行的火箭,利用空间外差光谱仪对火箭尾焰辐射中钾光谱的766.490 nm和769.896 nm两条谱线进行研究。考虑大气分子吸收和大气散射对钾光谱在大气中传输的影响,采用逐线积分法、瑞利散射公式及散射系数与气象视程的关系分别计算763~773 nm波段内的氧气的吸收系数、大气分子及粒子散射系数,使用比尔-朗伯定律计算透过率。通过分析该波段内太阳辐射光谱和大气透过率可知,钾特征谱线处于太阳辐射强度弱、大气传输效率高的位置,从理论上验证了钾光谱探测的可行性。然后使用空间外差光谱仪对在火焰上燃烧的K2SO4进行探测,获得了与理论数据相符的实验数据,为火箭尾焰的空间外差光谱探测方法提供依据。     

天基平台海云背景下飞机全链路成像特征建模及分析

空中目标具有高速机动、战略突防和远程精确打击等特点,针对这类目标构建广域、高效、精准探测、连续监视技术已成为空中目标探测体系面临的新挑战。基于空中目标的天基光学探测需求,建立了复杂环境要素综合作用飞机尾焰的光学辐射特征模型,形成飞机尾焰-海面/云层背景-环境大气-光学系统-成像探测器等要素耦合的全数字化链路光谱辐射成像特征精确预测模型。基于实测数据推演了飞机尾焰红外多光谱本征辐射。同时,利用FY-2G遥感数据,反演了中国南海某海域海面温度及云顶温度分布,建立了海云背景光谱辐射模型。在此基础上综合考虑了背景辐射、大气路径辐射和大气衰减对飞机尾焰光谱辐射的影响,建立了在光学系统入瞳前目标上行光谱辐射特性模型,结合光学成像系统的衍射效应,探讨了不同谱段、云类型下地球同步轨道红外成像系统对目标的可探测性。研究表明:大气屏蔽波段对目标的探测效能优于宽波段;针对不同的背景选择合理的探测波段有利于目标的高效探测。     

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。     

飞行器尾焰红外辐射及其被动测距

旨在研究利用飞行器的尾焰辐射对飞行器进行被动测距。导弹和飞机发动机的排气系统是飞机在3~5 m波段的主要红外辐射源。建模计算了矩形喷管尾焰红外辐射特性,计算结果表明,不管观察方向如何,尾焰红外辐射强度色比是相同的。当辐射强度色比在大气中传输时,因为吸收和散射而被衰减,不同波长上红外辐射衰减幅度不同,辐射强度色比随着传输距离的改变而发生变化,色比包含了目标的距离信息。推导了目标尾焰色比与尾焰温度、辐射传输距离、大气消光系数之间的关系。计算了尾焰色比与尾焰温度的关系,推导出了红外三色比距离方程组,选取4.5、4.6、4.7 m三个波长对三色被动测距进行了研究。利用测距方程组画出了测距图。结果表明,利用该方法可对尾焰进行三色测距。     

紫外告警技术发展现状

紫外告警技术是导弹来袭告警技术的重要类型之一,可利用"日盲区"有效地探测来袭导弹羽烟的紫外辐射.本文介绍了紫外告警技术的原理,对国内外紫外告警技术的发展动态作以综述.     

导弹逼近紫外动态辐射特性分析及物理仿真

在分析战术导弹羽烟光谱辐射和时间特征等紫外动态辐射特性基础上,基于实测数据和辐射传输的数学模型,以程控紫外模拟源模拟了导弹逼近过程中的羽烟特性,实现了对导弹紫外辐射过程的物理仿真,并测试验证了模拟器的光谱辐射特性和动态辐射特性等主要性能。     

尾焰的紫外高分辨辐射图像仿真与特征提取

基于改进的球谐离散坐标法建立了飞行器尾焰的紫外辐射亮度仿真模型。在尾焰羽流的热辐射基础上,重点考虑了尾焰中气体分子的化学荧光辐射源及由尾焰中三氧化二铝簇团粒子的平均光学特性带来的多重散射源效应。基于辐射传输方程,在球谐离散坐标系中,对尾焰在不同观测角度、不同介质分布的紫外辐射亮度进行了数值计算,实现了高分辨的三维尾焰辐射亮度的空间分布图像仿真。同时,采用灰度共生矩阵算法获得尾焰辐射亮度分级分布的灰度图,结合二维超分辨旋转不变子空间算法、α-shape方法和橡皮筋算法,提出了尾焰辐射中心位置和辐射亮度峰值轮廓曲线提取的新方法,得到了尾焰辐亮度特征的准确提取,为飞行器目标和尾焰的高分辨辐射图像特征识别提供了重要的参考依据和途径。     

红外诱饵对点目标图像辐射特性干扰分析

当目标在红外成像焦平面上呈现为点目标时,投放红外干扰弹能够有效的实现对红外导弹的干扰.建立了点目标图像辐照度高斯模型和点目标图像红外辐射功率计算模型.在研究红外干扰弹对目标特征长度和红外辐射能量等效中心辐射强度的干扰基础上,分析了红外干扰弹对点目标图像辐射特性的干扰.最后,给出了干扰弹与目标距离、干扰弹辐射强度、面积与点目标图像辐射强度中心功率的关系,得到了红外干扰弹对点目标图像辐射特性干扰图像仿真结果.     

卫星观测火箭尾喷焰红外动态场景生成研究

建立了一种星载吸收波段红外传感器连续观测助推段火箭飞行的场景生成模型。提出了一种基于神经网络生成MODIS数据中第22、23波段高分辨率地表发射率图像的方法,生成了分辨率达到百米量级的地表发射率图像,并利用谱段关联计算了4.18~4.5 μm的地表光谱发射率;同时采用Runge-Kutta法生成火箭助推段的飞行轨迹,利用LOS方法计算尾喷焰气体的辐射传输,生成火箭尾喷焰图像。建立了尾喷焰、地表点和传感器的几何关系,对尾喷焰和背景投影成像,合成了卫星观测火箭尾喷焰的动态场景。对辐亮度图像序列进行分析发现,地面背景的辐亮度得到了压制,同时结合轨迹数据对不同时刻的目标辐亮度对比度和所占像元数进行了分析。此外,分析了不同场景下尾喷焰总辐射强度曲线的差异。结果表明,场景生成方法准确可靠,可为基于卫星图像序列的目标检测跟踪等研究提供数据基础和目标特性支撑。     

基于空间外差的钾盐光谱探测与提取研究

含钾消焰剂的使用,大大降低了火箭尾焰的二次燃烧及辐射量,提高了对其探测与追踪的难度。基于空间外差光谱技术微弱光谱信号精细探测的优势特性,采用自行设计的近红外波段仪器,以室外天空为背景,用酒精喷灯火焰模拟火箭尾焰,实验研究了其中钾盐信号的探测,并以现代谱估计方法中的自回归AR算法和MUSIC算法对测量信号进行提取研究。结果表明,两种算法均能实现对钾特征信号的提取及对噪声的抑制,使特征信号的峰宽变得更窄,其中AR算法对钾766.49 nm特征峰的半峰宽减小率为21%,噪声减小率为42%;MUSIC算法对钾特征峰的半峰宽减小率为50%,噪声减小率为47%,两相比较可见MUSIC算法的效果更好,说明将空间外差技术应用于火箭等喷射式飞行器的识别具有可行性。     

宽带k分布模型计算液体火箭尾焰辐射信号

快速计算火箭尾焰辐射信号对导弹的识别和跟踪具有重要意义。先利用工程经验公式计算得到尾焰的流场,采用宽带k分布模型计算液体火箭尾焰的辐射信号,并与逐线计算基准解比较,发现宽带k分布模型在探测器工作光谱区域内的相对计算误差基本都小于10 %。利用该模型研究飞行参数对尾焰辐射信号的影响,计算结果表明:喷管出口温度、马赫数、非计算度增大,液体火箭尾焰的辐射强度增大;海拔高度升高,不同探测器工作光谱区域尾焰辐射强度变化趋势有所不同。     

Alteration of the Surface Current on a Missile by the Presence of an Exhaust Plume

This paper presents an analysis of a missile with an exhaust plume when exposed to an incident electromagnetic plane wave at an arbitrary angle of incidence. Both homogeneous and axially inhomogeneous plumes are considered. For the inhomogeneous case, the AeroChem low altitude plume program is used to provide realistic values of the electrical properties along the length of the plume. In the analysis, the missile and the plume are assumed to be thin when compared to the length of the missile and the wavelength of the incident radiation. Conventional numerical methods developed for thin-wire antennas are used to determine the current in the missile and the plume, and the effect the plume has on the current is examined. Field patterns for aperture coupling at specific points on the missile are also presented. A limited comparison with measured results is presented.     

p-i-n结构GaN光电探测器性能的研究

近年来,可见盲与太阳盲光电探测器在火灾监控、太空通信和导弹尾焰探测等方面的应用引起了越来越多的关注。由于氮化镓(GaN)是直接宽带隙半导体材料,所以成为了在可见区与紫外区的光电器件的首选材料,而p-i-n结构的器件因其响应度高、暗电流低、便于集成等优点倍受人们的青睐。采用金属有机气相外延(MOCVD)法制备了p-i-n结构的GaN紫外光电探测器。在此基础上,采用N2气氛下热退火处理的方法,提高了p型GaN层的载流子浓度,从而降低了器件的暗电流。器件在1 V偏压下,暗电流仅为65 pA。器件在1 V偏压下的最大响应度值出现在361 nm处,大小为0.92 A/W。