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。     

动态红外图像仿真研究

本文研究了飞机目标动态红外图像仿真技术。分析了飞机目标红外辐射特性,包括发动机、尾焰、尾喷口及飞机蒙皮的辐射计算方法。应用LOWTRA7软件包进行了目标和背景的动态图像仿真计算,可以为制导和火力控制提供仿真的红外动态图像。     

飞机的红外图像仿真

飞机在高空高速的条件下飞行时,红外图像的获取通常较为困难。为解决这一问题,将整机辐射分解为机体辐射与排气系统辐射两大部分,以经典红外辐射理论为基础,结合传热学及射流动力学工程模型,建立了一种实时性较好的飞机红外图像生成模型。在求解蒙皮表面温度场时,采用求解热平衡方程法,综合考虑气动加热、内热源加热、环境辐射热量与蒙皮向外辐射热量对蒙皮温度的作用。计算排气系统红外辐射时,采用基于包络面的红外辐射计算方法,将尾焰流场计算的工程模型、包络面模型及非均匀气体计算模型相结合。最后利用VC++平台与OpenGL图形库编程生成了飞机的红外图像。仿真图像为成像制导武器的仿真提供了目标源,在成像制导武器系统的评估测试中有一定参考价值。     

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。     

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。     

利用ANSYS快速计算空中目标温度场(英文)

空中目标蒙皮温度场是形成目标红外图像的基本因素,掌握其瞬态或稳态分布特性与控制机制对于空中目标红外特征研究工作具有重要意义。通过分析控制蒙皮温度场的传热过程,建立了包括空中目标内部换热、蒙皮外气动对流与辐射换热的稳态耦合传热数理模型。在分析有限元数值计算方法及专业有限元法分析软件ANSYS的原理及特点的基础上,提出了利用ANSYS软件,运用有限元数值计算方法快速计算空中目标温度场的方法。并获得了巡航状况下目标蒙皮的温度场,分析了相关因素的影响。     

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。     

复杂环境背景下典型飞行器表面红外反射特性研究

飞机蒙皮对于背景辐射的反射可以作为红外目标识别的辐射源,但背景辐射通常来源于太阳辐射和地面背景辐射等辐射的综合作用,其复杂性和多变性也可能使飞机的红外反射辐射严重干扰红外制导的准确性,因此,研究复杂环境背景下的飞机蒙皮红外反射特性对于红外目标识别和红外导弹制导等应用具有重要意义。本文基于Schlick双向反射分布函数(BRDF)模型,结合有限元方法,利用反向蒙特卡洛法计算辐射遮挡因子,在MODTRAN软件环境下计算大气光谱透过率,针对不同条件下的飞机红外反射辐射特性进行研究。结果表明,不同探测角度和探测波段对飞机红外反射特性具有很大影响,且飞机蒙皮的反射辐射具有分布非均一性特点。     

空中目标的红外图像生成

提出了空中的红外图像生成方法,首先是空中目标的几何建模及其网格化,然后据飞机空气动力学和传热不原理提出了空中目标几种蒙皮（单层蒙皮、内有同蒙皮、发动机影响区蒙皮）的热平衡方程,然后以超音速飞机为例,介绍了方程的求解过程,最后给出了计算机的仿真结果及分析。     

无人机红外辐射建模与图像仿真

无人机红外辐射特性建模及图像仿真计算具有重要意义。利用CFD软件计算无人机温度分布,建立了蒙皮稳态温度数据库和满足精度需求的温度插值算法,实现了无人机蒙皮温度的插值计算;提出网格编号投影思想,改进基于深度缓存的正交投影方法,建立了适于红外图像的二维投影算法;基于无人机辐射、大气传输和探测器响应的光谱特性,采用光谱积分方式计算无人机光谱及波段红外特性和图像序列,建立了无人机红外辐射计算模型。对无人机红外辐射特性和模型计算速度进行了分析,并与某型无人机实测数据进行了比对,结果表明:模型计算误差小于20%,可用于仿真实验测试与分析。     

飞机红外辐射特性分析与易损性评估

飞机红外辐射特性与易损性评估研究对于提高飞机生存力和隐身技术研究有重要意义。飞机的红外辐射特性可以被用来探测、跟踪和锁定目标。基于红外辐射相关理论,建立了飞机蒙皮、发动机热部件和尾焰红外辐射计算模型。通过计算三大辐射源的红外辐射,分析了飞机的速度、发动机热部件等对飞机红外辐射特征的影响。最后讨论了红外辐射强度和目标易损性的关系。     

拖曳式红外诱饵干扰仿真与使用方法

由于拖曳式红外诱饵的运动和辐射特性与载机密切相关,如何建立拖曳式红外诱饵的干扰仿真模型,以及如何有效使用拖曳式红外诱饵成为飞机红外对抗中的难题。采用拖曳线的等距约束模型,建立了拖曳式诱饵的运动模型。根据拖曳式红外诱饵的干扰机理,建立了其红外辐射模型。将拖曳式诱饵模型加入到飞行器红外对抗仿真平台之中,反映了由攻击机、导弹、拖曳式红外诱饵和目标机组成的复杂系统空中运动的物理特性和随机特性。密切结合诱饵性能和所干扰导弹的性能,经理论分析和仿真验证,得到了拖曳式红外诱饵技术与战术相融合的最佳使用方法。     

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。     

红外运动目标轨迹重构动态仿真平台

提出了一种红外热成像视频中运动目标识别追踪以及轨迹重构的动态仿真方法。通过仿真环境中虚拟红外图像的生成方式与成像的基本模型,对得到的图像进行一系列预处理。以空对空场景搭建了基于Gazebo与OpenCV的动态仿真平台,利用平滑约束算法对追踪目标进行实时动态轨迹重构,提出了误差分析模型,并分析出轨迹重构算法的性能以及仿真平台的效能。实验结果表明,该方法针对空对空场景下的红外运动目标轨迹重构具有较好的精度与鲁棒性,对目标的运动模型基本没有约束,同时仿真平台具有较高的运行效能与实时性,普通家用电脑即可实现高于60 fps的实时动态仿真,满足轨迹重构算法性能测试与训练的需求,其核心算法亦可迁移至机载计算平台实现真实场景下的实时轨迹重构。所提出的单路热成像视频中运动目标轨迹重构动态仿真方法对空间目标三维轨迹重建与动态测距定位的研究具有重要意义。     

空战对抗中面源红外诱饵干扰效能仿真

面源红外诱饵相比于传统的红外诱饵,在燃烧速率、扩散范围、干扰效能等方面具有显著的优越性。考虑实验成本的经济性和测试干扰效能的效率,提出了一种空战对抗中面源红外诱饵干扰效能的仿真思路。首先,建立了导弹运动和导引头跟踪模型、飞机红外辐射模型,作为空战对抗双方的假想;其次,建立了诱饵箔片的运动与燃烧模型,以诱饵箔片为研究对象,求解箔片表面温度分布,并通过燃烧算法优化,得到整体辐射特性;最后,通过改变面源诱饵的发射角度、高度、目标机速度等参数,进行干扰成功率的仿真。仿真结果表明,提出的效能评估思路可行有效,与真实测试很接近,达到面源诱饵干扰效能评估的要求。     

基于非线性映射模型的红外弱小目标图像仿真

针对远距离红外弱小目标检测算法的研究和性能评估需要大量测试图像的现状，提出了一种基于非线性映射模型的红外弱小目标图像仿真方法。首先，通过理论计算和实际拍摄得到实验目标的辐照度与成像灰度值映射数据，并利用该数据对多种备选映射模型进行评估，得到最佳的基于拟合的非线性映射模型；然后，将该映射模型应用到实际目标图像的仿真过程中，得到能反映实际亮度变化的目标仿真图像；最后，考虑大气传输效应等因素的影响，将目标仿真图像与真实背景图像进行合成，得到最终的红外弱小目标仿真图像。通过与传统仿真方法对比，该仿真方法产生的仿真图像具有较强的真实感。     

云对空中目标红外探测的影响

云是造成空中目标探测和识别困难的重要因素。从目标和云的红外辐射出发, 分析了云影响目标红外探测的问题。首先根据目标和云的4种位置关系, 建立了不同情况下探测器接收到的目标和云背景辐射差的计算模型, 然后对模型中参数的计算进行了讨论, 最后根据模型进行了实例的仿真计算和分析。计算结果表明: 在8~14 m波段上, 目标与背景的辐射差在9 m波长、50方向角附近的值比较大, 而在波长较长、方向角角度较大的部分值较小。该结论可以为红外探测系统的设计提供依据。     

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。     

空袭目标典型航迹模型的设计与仿真实现

为有效和逼真地模拟雷达接收点迹数据,再现空袭目标航迹变化情况,为雷达操作手提供虚拟条件下接近真实的战场环境,建立了空袭目标直线、圆弧、大S线3种典型航迹模型,利用地理信息系统(Geography Information System,GIS)提供的电子地图和军队标号进行了仿真实现.采用"隔三取一法"解决航迹参数网络传输实时性问题;以四机编队为例具体阐述了航迹参数的实时记录和镜像变化问题的解决办法;采用时间迭加,递推计算的方法实时显示目标运动航迹,满足了仿真要求.实践证明,模型简单,可操作性强,适合中小型雷达对抗训练模拟系统中空袭目标模块的仿真实现.     

空间目标攻防系统仿真设计与实现

在飞行器与空中目标对抗训练仿真中,飞行器飞行末端通过导引头自寻的攻击目标是十分重要和关键的部分。随着仿真技术和软件技术的发展,文中提出了飞行器迎击目标仿真系统的体系框架,并对仿真模型的设计和实现进行了详细的阐述。该仿真系统研究了飞行器飞行末端迎击目标的动态过程,包括各模块架构及其数学模型的建立。此系统为空间目标攻防作战相关技术和理论的研究提供了平台,并在此平台的基础上,定量的分析和评估了仿真系统的性能和效果。