潜艇热尾流红外特征分析与计算

在建立海水的红外辐射模型的基础之上,综合考虑了海面发射率、天空辐射、阴影遮挡系数、环境大气等因素对探测器接收到的辐射能量的影响,模拟计算出8～14μm波段内探测器接收到的潜艇热尾流浮升到海面之后的辐射亮度.并根据热尾流与周围海水的平均温度差计算出红外探测器对潜艇热尾流的作用距离.分析得出热尾流的红外辐射特性分别与探测方位、风速、尾流温度、环境温度与湿度等因素密切相关,并且当采用温度分辨率达到0.001℃的红外热像仪,尾流温度与周围海水的温差达到0.02℃时,探测器对尾流目标的发现距离、识别距离、认清距离分别为8.84km,3.88km,2.74km.     

基于温度插值技术的潜艇热尾流浮升规律及海面热特征仿真方法研究

热尾流的浮升规律及海面热特征是潜艇红外探测的基础。本文针对海水恒温,且潜深和航速影响较大情况下,排水法难以得到充分发展的海面热尾迹问题,提出基于温度插值技术的潜艇热尾流浮升规律及海面热特征仿真方法。利用FLUENT仿真软件的k-ε流动传热模型和数据插值模块,对比分析了不同航速、排水温度及排水量工况下,排水法和温度插值法得到的海面热特征分布及热尾迹最大温差。结果表明:温度插值法适应性强,可捕捉不同阶段热尾流的瞬时变化,仿真精度基本不受计算域范围的制约,相对误差稳定在19%～29%之间。该方法可为潜艇热尾流的高精度数值预报研究提供有力支撑,为红外探测与反演定位提供参考与借鉴。     

海雾中舰船目标的偏振探测能力研究

在对海面舰船进行红外探测时,海雾作为影响大气透过率的重要因素,会降低舰船目标与海面背景的对比度。随着海雾浓度的增大,目标对比度小于探测阈值,基于传统强度信息的红外探测方法无法探测到舰船。针对上述问题,分析了海雾场景的偏振特征,提出基于海面偏振特性的背景辐射抑制方法来增强目标对比度。首先,分析不同条件下海雾的大气透过率与红外热辐射之间的关系。然后,分析海面辐射的偏振特征,建立场景偏振对比度与强度对比度的数学模型。最后,通过仿真分析不同舰船-海面温差、不同探测角度和不同探测高度下阈值透过率(τ_(th))和偏振/强度对比度提升倍数(INC)的变化规律。仿真结果表明,随着舰船海面温差和探测角度的减小,INC逐渐增大,强度τ_(th)始终大于偏振τ_(th),且强度τ_(th)与偏振τ_(th)的差值逐渐升高。因此,该方法对低大气透过率海雾环境中的舰船探测提供了有益的参考。     

分层海水条件下潜艇热尾流机载红外探测性能分析

针对传统机载红外探测潜艇热尾流的计算方法未考虑温度、密度分层海水等实际海况，难以精准分析潜艇热尾流红外探测性能的问题。文中基于有限元分析方法，结合海面红外辐射模型和大气传输模型，构建出尾迹从浮升扩散、大气衰减到传感器探测的全链路数理模型，并应用模型开展全尺寸潜艇模型的仿真，实现在温度、密度分层海水情况下对潜艇热尾流红外探测性能的精准分析。结果表明：海水温度、密度分层条件对于潜艇尾迹的仿真和反演精度至关重要，当其他条件都相同时，海水温度、密度分层与不分层仿真出了截然相反的结果，不分层条件下海面为热尾迹，而分层条件下海面却为冷尾迹，直接影响对潜艇热尾迹反演精度。相比于海水分层，不分层情况下潜艇的反演误差达到了238.2 m，水面的尾迹温差不但相差了0.152 K，还呈现出了冷尾迹的现象。文中的研究对机载红外设备发现潜艇航行尾流特性的高精度识别反演具有重要意义。     

海洋背景下8～12μm Kelvin尾迹红外探测

舰船在海面航行时会在船后留下一条明显可辨的尾流且能够持续很长时间,长度可达数千米。采用JONSWAP谱模型实现了海面的模拟,结合Kelvin尾迹模型,完成了海洋背景下Kelvin波的尾迹显示。在此基础上,综合考虑海面及周围环境辐射的影响,建立尾迹探测的红外辐射模型,计算并分析了Kelvin尾迹的红外辐射特征。研究结果表明:探测俯仰角较小时,Kelvin尾迹特征明显易于探测,俯仰角较大时,Kelvin尾迹特征减弱;海面风速是影响探测效果的重要因素,风速增加,海面对Kelvin尾迹的调制作用增强,最终会导致无法探测;尾迹探测不受白天和夜晚的影响。     

海面船舶探测谱段优选与效能分析

船舶等海面目标的探测对于海面管理、国防安全、搜索救援等领域有着重要意义。星载红外遥感覆盖范围广,是实现船舶目标广域探测的有效手段。受太阳天顶角昼夜循环的影响,船舶与海面的温差周期性变化,导致海面船舶探测场景存在一天两次的热交叉时期,此时使用单一探测谱段难以满足船舶目标全天时探测需求。文章以中纬度夏季和冬季海面环境为例,建立海面船舶探测场景的24小时红外辐射特征,提出多谱段优选组合方案,通过3.50~4.10 μm和10.25~10.75 μm双探测谱段探测实现信噪比优于16.52（夏季）和17.64（冬季）的昼夜连续观测。所提出的双谱段探测方法为实现广域全天时海面目标探测应用提供了技术支撑。     

海面舰船开尔文尾迹红外特征与探测的模拟

舰船在水面航行时,由于船体和水面的相互作用,在船后会形成一条清晰可见的V形的尾迹,即Kelvin尾迹。首先基于海浪谱模型,生成了粗糙海面的几何构型,并结合Kelvin尾迹模型,完成海面Kelvin尾迹的几何构型。然后,通过波面发射率计算、探测器视场模型建立及热像生成3个步骤,完成海面Kelvin尾迹的红外图像仿真。最后,根据尾迹与周围海水间的辐射温差,建立Kelvin尾迹的探测模型。研究结果表明:探测天顶角越大,Kelvin尾迹与周围海水间的发射率差异越明显,尾迹的红外图像特征越显著;同时,随着探测天顶角的增大,探测概率逐渐增大。     

海水非温度分层条件下的舰船尾流红外探测可行性研究

在海面行驶时,舰船后面会形成一条清晰可辨且持续时间很长的尾流区, 其长度可达数千米。利用红外成像技术进行尾流探测已成为世界上各大军事 强国重点发展的一项军事侦察技术。首先,从空间分辨率和温度分辨率两方面考虑,推导出了舰 船尾流的红外探测条件。然后基于红外测温原理,推导出了海水非温度分层条件下舰船尾 流与周边海水之间的等效温差的表达式。最后,以阀值信噪比和目标等效条带数为基础,得出了 舰船尾流的红外探测概率。研究结果表明,在海水非温度分层条件下,只有当探测天顶角较大时, 才能以一定概率探测到尾流;而且随着天顶角的增大,探测概率逐渐提高。     

海面目标星载微波辐射无源探测技术研究

为了全天时、全天候、隐蔽性探测海面舰船目标,提出将高分辨率综合孔径微波辐射计作为星载微波辐射无源探测系统,用于探测海面舰船目标.提出一种新方法用于定量化评估微波辐射无源探测系统探测目标的能力;建立系统关键指标、目标微波辐射截面和探测距离间的关系,分别推导微波辐射无源探测系统的探测概率方程和探测距离方程;开展仿真分析和机载验证实验,其结果均表明高分辨率星载综合孔径微波辐射无源探测技术探测海面舰船目标是可行的.高分辨率星载微波辐射无源探测系统可作为我国天基预警体系的重要补充.     

水下隐身动目标激光与偏振红外探测技术研究

为解决水下隐身动目标声探测与识别难度大的问题,根据水下动目标运动形成的尾流、尾迹、引起的海面温度变化特征,提出了以低轨卫星为平台,运用红外偏振尾流探测水下目标尾流的方法,结合激光动态深度测量技术和偏振激光探测技术,实现对水下隐身动目标探测与识别。