基于Vega的红外目标成像仿真研究

开展了基于Vega的红外目标成像仿真的研究,分别分析了飞机蒙皮的红外辐射模型、尾喷口的红外辐射模型和飞机尾焰的红外辐射模型,并结合红外辐射模型,详细论述了利用三维视景仿真工具Vega、纹理材质映射工具TMM、大气传输特性计算工具MAT、三维建模工具Creator和开发工具VC++6.0实现红外目标成像仿真的设计流程,给出了红外目标仿真图像,为类似的红外目标成像系统提供了参考。     

基于CUDA并行计算的空中目标红外辐射成像计算

建立了一种包含蒙皮和尾焰的空中目标红外辐射成像GPU并行计算方法。采用SLG模型计算尾焰辐射气体的红外特性,采用LOS方法求解尾焰红外辐射传输方程,根据本体与三维尾焰的成像几何关系,采用正向光线追迹方法计算蒙皮辐射成像,采用反向光线追迹方法计算尾焰辐射成像,建立了目标投影算法,并在蒙皮投影计算模块和尾焰辐射计算模块采用CUDA并行提高计算速度,实现了探测器入瞳处目标红外光谱图像的快速计算。结果表明:投影成像算法可准确生成设定条件下的目标图像,目标红外图像辐射分布与温度分布一致,尾焰辐射强度计算结果与实验结果符合较好,CUDA并行算法可有效提高程序的计算效率,当计算量较大时,蒙皮投影模块的计算加速可达百倍以上。     

空中目标红外辐射特性计算与实时仿真

飞机红外仿真图像是空中目标红外识别算法的重要数据源,为改进飞机红外仿真效果并提高仿真实时性,在细节部分修正了现有红外计算方法并搭建了仿真平台。首先,全面分析了影响飞机红外辐射特性的因素,基于黑体辐射理论建立了蒙皮、尾喷管、尾焰、蒙皮对环境辐射反射的红外计算模型,修正了蒙皮温度和飞行速度这两个影响因素的计算方法;其次,基于VS2005 C++和三维渲染引擎OpenSceneGraph(OSG)搭建了一套仿真平台,该系统能动态改变飞机红外效果,实时生成飞机红外图像。实验结果表明:红外计算结果更精确,可以为空中目标红外识别算法提供数据;单目标仿真速率在100帧/s以上,满足实时仿真的要求。     

F35隐身战斗机红外辐射特性建模

建模研究了F35隐身战斗机的红外辐射特性。根据隐身飞机的结构、材料等数据,建立了隐身飞机和发动机的三维模型。通过流场仿真计算得到飞机机体的温度场,尾焰的温度场、压力场以及气体组分浓度场。利用高温气体数据库HITEMP,建立尾焰的窄谱带辐射模型,计算了尾焰气体沿视线的光谱透过率,获得了尾焰的光谱亮度数据及亮度分布图像。建立了尾喷口和蒙皮的辐射模型,获得了飞机各方位角光谱辐射特性及辐射强度数据,计算结果表明由于发动机推力显著增加隐身战斗机红外辐射特性依然比较明显。最后生成了F35隐身战斗机在中波波段的红外序列图像,可用于红外成像制导武器研制中的数字仿真和半实物仿真。     

飞行器红外物理成像仿真优化计算方法

为满足红外成像探测系统研制过程中的高精度仿真图像需求,建立了飞行器红外物理成像辐射传输模型,并采用光线跟踪方法实现辐射亮度图像仿真。针对飞行器蒙皮反射特性与辐射源分布特性的差异,提出了直接光照多重重要性采样蒙皮辐射亮度计算优化方法;针对飞行器尾焰发射能力强、消光能力弱的特点,提出了混合积分尾焰辐射亮度计算优化方法。通过仿真实验对物理成像模型和计算优化方法的正确性与有效性进行了验证,蒙皮辐射计算相对误差优于0.05%,尾焰辐射计算相对误差优于0.1%,相比于传统光线跟踪方法,计算优化方法具有更快的收敛速度和更强的适应性。对隐身飞机进行了红外成像仿真和辐射特性分析,仿真结果表明,红外隐身技术能够降低中波和长波谱段的辐射强度,会增加短波谱段的反射辐射强度。     

飞机红外辐射计算及图像仿真

针对红外对抗与空战仿真的研究需要,对空中飞机红外图像的生成方法进行研究。从红外探测器的成像机理出发,建立了一种空中飞机红外成像仿真模型。首先分别建立机体与尾焰流场计算域的几何模型,并通过Fluent软件计算得到机体与尾焰的温度场,计算中重点考虑了外部热环境与舱内传热对机体温度场的影响;然后建立视线方程与亮度矩阵,计算探测器每个像素点接收的红外辐射亮度大小,经过灰度量化将辐射亮度值转化成灰度级别;最后通过VC++与OpenGL编程生成了飞机的红外灰度图像,并对比分析了不同波段、不同方位下飞机红外图像及红外辐射强度的差异。研究成果可为红外成像导弹的目标识别研究提供目标源。     

海洋战场环境下天空的红外图像生成研究

红外成像仿真已成为红外成像制导武器设计和评估的重要方法,具有重大的军事和经济意义.仿真的关键环节在于红外图像的生成.提出了基于分形技术的天空背景红外图像生成的技术方法,综合考虑海洋战场环境下天空背景辐射的各个因素,对晴空条件下的天空辐射分量进行了分析计算,并根据视点建立了云的红外辐射模型,计算出云的各个辐射分量,得到天...     

飞机红外辐射特征仿真研究

真实有效的飞机辐射特征,不仅可以提高导弹的抗干扰能力,还有利于拟定合理有效的防御策略,提高飞机的生存力。基于辐射特征考虑,建立了飞机尾喷口、尾焰、蒙皮以及机体反射的辐射模型;引入大气传输模型,定义了波段平均透过率;通过模型仿真,定性地分析了排气系统(尾喷口、尾焰模型联立)和蒙皮的红外辐射分布规律。将排气系统和蒙皮辐射模型代入大气传输模型之中,分析了飞机红外辐射的高度特性。通过对比仿真与实测结果,验证模型的可靠性。     

视线方向飞机红外辐射特性建模与仿真

建立一种高效准确实时性好的视线方向飞机红外辐射计算模型一直是红外对抗仿真中的瓶颈问题。为解决这类问题,从分析飞机主要辐射源特性出发,结合红外辐射的经典理论和射流动力学理论,提出了一种准确快速的计算方法。首先,将整机的红外辐射分解为蒙皮辐射和排气系统辐射两大主要部分;其次对于红外辐射计算中较困难的排气系统红外辐射,基于SLG模型和视线追踪的思想,推导了相应的离散化方程,建立了相应的计算模型;最后进行了仿真分析,并与实测数据进行了比较。仿真结果表明,该方法计算准确,对于红外对抗仿真具有重要的参考应用价值。     

空中飞机红外成像仿真模型研究

从红外辐射和热传导基本定律出发,综合考虑目标实际结构、太阳辐射、天空长波辐射、气动加热及周围环境辐射等因素的影响,依据空中快速目标热辐射特性,分析气动加热对飞机蒙皮辐射的作用,运用等效热阻对内热源部分进行估算,突出发动机传热部分对飞机整体辐射产生的影响,并建立一种可靠实用的空中飞机红外成像仿真模型,仿真过程中结合对空实拍红外图像进行动态调整,目标模拟结果真实感较强。