基于蒙特卡罗方法的烟幕透过率计算与分析

烟幕透过率是表征烟幕干扰性能的重要参数。以等效粒径为0.1μm的石墨为例,就不同形状的石墨粒子组成的烟幕,基于蒙特卡罗方法对烟幕透过率进行了数值计算。利用Mie散射理论和离散偶极子近似(DDA)方法分别计算了球形粒子、椭球形粒子和圆柱形粒子对1.06μm波长的入射光单次散射的消光参量。对于入射光在烟幕中的传输,建立了蒙特卡罗模拟计算模型,利用MATLAB语言编制了相应的计算程序,给出了不同纵横比的椭球形粒子和圆柱形粒子相应的烟幕透过率计算结果,并和等体积球粒子相应的烟幕透过率进行了比较分析。结果表明:透过率与烟幕中粒子形状、粒子数密度、入射光的入射角度及烟幕厚度有关,粒子形状越偏离球形,对应透过率越小。     

随机分布烟幕凝聚粒子对激光的消光特性研究

基于团簇-团簇凝聚(CCA)模型采用蒙特卡罗方法对随机分布的碳黑烟幕凝聚粒子进行了模拟,用离散偶极子近似(DDA)方法研究了该模型对激光的消光特性.研究表明:碳黑烟幕凝聚粒子对激光的消光特性受原始微粒数量及粒径的影响,粒子的凝聚将削弱烟幕的红外消光性能;当凝聚结构中原始微粒的数量一定时,存在使烟幕红外消光性能达到最大的原始微粒粒径.     

烟幕对激光的干扰特性研究

为了研究碳黑球形粒子和石墨球形粒子对1.06 μm和10.6 μm激光的消光特性,基于Mie理论计算了粒子的消光系数,利用朗伯-比尔定律计算了透过率与烟幕厚度的关系。研究表明:碳黑粒子和石墨粒子都存在一个最佳粒径,使粒子对激光的消光性能达到最好,并且粒子半径较小时吸收起主要作用,粒子半径大时是散射和吸收两者共同作用;粒径在0.05~0.16 μm范围内时,石墨粒子的消光性能好于碳黑粒子,其他区域内则是碳黑粒子的消光性能好;得到了粒径具有对数正态分布时透过率与烟幕厚度的关系曲线,对实际作战应用具有一定的     

矩量法计算烟幕粒子的红外消光特性

基于矩量法建立了旋转体烟幕粒子的红外消光模型,对圆片、等效球体和等效柱体等形状的石墨粒子进行了消光性能计算,研究了形状、尺寸、厚度等参数对粒子红外消光能力的影响.计算结果表明,小尺寸粒子以吸收消光为主,大尺寸粒子以散射消光为主;圆片形状的粒子具有最佳的红外消光能力,厚度变小时,圆片粒子对红外的消光能力显著升高;半径在1...     

烟幕粒子粒度的分形特征及红外消光性能研究

以分形理论为基础,提出了一种表征烟幕粒子粒度特征的指标——粒度分形维数(D),研究了烟幕粒子粒度的分形特征。研究表明,烟幕粒子的粒度分布是分形的,烟幕中大颗粒占的比例越高,粒度分形维数越小,基于米氏理论的红外消光性能也越好。粒度分形维数(D)可用于表征烟幕粒子粒度分布的特征,为烟幕系统的研究提供了一种新思路。     

人工制备红外消光材料及其消光性能研究进展（特约）

作为消弱红外成像设备或系统性能的重要手段,人工制备的红外消光材料成为各国争相研究的对象,并取得了阶段性的研究成果。从金属材料、膨胀石墨、纳米材料、水基泡沫、生物材料和复合材料等方面介绍了人工制备红外消光材料的研究现状,阐述了粒子-团簇、团簇-团簇等消光材料粒子凝聚模型,介绍了Mie散射方法、离散偶极子近似方法、T矩阵方法和时域有限差分法等几种典型的消光性能计算方法。分析认为,未来人工制备的红外消光材料将朝着持续时间长、成本低、施放形式多样和环保无毒等方向发展。     

烟幕红外消光系数的热像仪测试

阐述了烟幕的消光原理,提出了红外消光系数是评定烟幕对红外消光性能的基本依据,简单介绍了3种红外消光系数测试方法,即傅里叶光谱仪测试方法、红外辐射计测试方法、热像仪测试方法。并对其中热像仪测试材料红外消光系数的方法进一步探讨,并指出,通过材料消光系数测试,热像仪可以对烟幕材料消光性能进行定量评价。     

烟幕扩散模型中任意光路电磁波透过率的计算

在烟幕扩散模型中,计算电磁波沿任意路径穿透烟幕云团时产生的衰减,需要准确计算出该路径下的烟幕积分浓度,从而得到电磁波的透过率。本文基于空间几何坐标变换原理、线性代数矩阵运算方法以及烟幕材料消光理论,推导了烟幕扩散模型中电磁波入射方向改变时的三维坐标系变换矩阵和二维积分浓度投影算法,实现了电磁波沿任意方向入射时的积分浓度分布及透过率的计算,为烟幕扩散模型的多角度(方向)数据分析、烟幕云团红外图像处理以及更多应用场景中的使用奠定了基础。     

红磷烟幕对10.6 μm激光的消光系数测试研究

论述了红磷烟幕的成烟过程与遮蔽特性。在烟幕试验柜中测试了红磷烟幕对两种入射功率10．6μm激光的质量消光系数和红磷烟幕的粒度分布规律;根据米氏散射理论计算了单个红磷烟幕粒子对10．6μm激光的吸收效率因子、散射效率因子和消光效率因子。结果表明：红磷烟幕对入射功率分别为0．552、1．032W的10．6μm激光的平均质量消光系数分别为0．6027、0．5739m^2／g。成烟5min时红磷烟幕粒子的平均直径为2．47μm。研究表明,红磷烟幕对10．6μm激光的消光作用以吸收效应为主,其质量消光系数随浓度的增加而下降。同等条件下入射光的功率越大或空气的相对湿度越小．则红磷烟幕的消光系数就越小。     

对红外烟幕消光机理及性能的研究

烟幕作为一种无源干扰手段,具有"隐真"和"示假"的双重功能,在现代战争中的作用越来越大,应用频率也越来越高.从分析红外烟幕的消光机理出发,通过建立简化的计算模型,在二流法下解辐射传递方程,理论上对红外烟幕的消光性能进行了计算,并通过举例对烟幕的消光性能进行了分析.结果表明:理论计算与烟幕的实际消光性能比较吻合,为烟幕在...     

生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型构建

针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求,将制备出的絮状颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子,将其作为单元颗粒构建不同结构的生物颗粒,并对生物颗粒结构进行参数化表征,采用离散偶极子近似法（DDA）计算生物颗粒远红外波段平均消光效率因子。结果表明:生物颗粒远红外波段平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率成正相关。在研究平均消光效率因子与尺度因子和孔隙率关系的基础上,构建了生物颗粒远红外波段平均消光效率因子模型,计算时间较DDA法缩短,计算误差在10%以内。模型的构建将为生物消光材料发展以及形态控制提供理论基础。     

激光后向散射式烟幕粒子测量方法研究

烟幕干扰是光电对抗防御来袭光电精确制导武器的重要手段,烟幕干扰对抗效能与实际气象条件、布放密度、防御目标特性等密切相关,实时测量烟幕的消光特性是评估烟幕干扰对抗效能的基本要求。本文对烟幕粒子的激光Mie散射机理进行了分析,建立了激光后向散射层析断层反演烟幕消光系数模型,通过试制的激光后向散射层析断层测量系统对三种典型烟剂发烟后烟幕消光系数进行了测量,结果表明该激光后向散射层析断层可有效对烟幕消光特性进行遥感测量,可为光电对抗烟幕干扰效果实时测量及效能评估提供支撑。     

多种物质的远红外吸收研究

根据散射理论,描述了多种物质对红外入射的吸收问题。首先通过计算单个粒子的有关参数,推导出了一定条件下气悬体粒子随参量变化时的透射关系,进而计算出一定入射波长条件下某些远红外材料的最低透射率,从绘制的透射率曲线看出,每个连续的透射率曲线都有一个最小值。显然,选择对应的粒子直径可以为烟幕加工提供理论上优化的依据。最后给出了实验结果。     

多种物质的远红外吸收研究

根据散射理论,描述了多种物质对红外入射的吸收问题。首先通过计算单个粒子的有关参数,推导出了一定条件下气悬体粒子随参量变化时的透射关系,进而计算出一定入射波长条件下某些远红外材料的最低透射率,从绘制的透射率曲线看出,每个连续的透射率曲线都有一个最小值。显然,选择对应的粒子直径可以为烟幕加工提供理论上优化的依据。最后给出了实验结果。     

人工制备生物消光材料空气动力学特性

人工制备的几种生物材料生产成本低、密度小、形态可控、安全环保,在可见光和红外等波段具有较好的消光能力,可作为一种新型消光材料,弥补无机消光材料的不足。针对当前军、民用领域对新型生物消光材料的需求,将生物消光材料中的絮状生物颗粒等效为子弹玫瑰花型粒子,根据牛顿第二定律和梯度-输运理论,建立生物消光材料沉降模型和扩散模型,并讨论絮状生物颗粒结构和风速、大气稳定度对生物消光材料空气动力学特性的影响。结果表明:分枝数目、长度、半径决定絮状生物颗粒结构;在某种特定条件下,絮状生物颗粒沉降速度较等体积球颗粒沉降速度降低了50％;烟团遮蔽面积可达20 m2以上。模型的构建将为生物消光材料发展及实际应用提供理论基础。     

烟幕对红外热成像干扰效果评价

烟幕是对抗红外侦察与制导的有效手段。为了定量评估和评价烟幕对红外热成像干扰的效果,从理论和实验两方面进行了研究。理论上,依据作用距离准则,从辐射对比度入手,建立了烟幕干扰下的红外热成像视距方程,从而可以通过估算干扰前后热成像系统作用距离的变化来分析评价烟幕干扰的效果。实验中,首先测定了烟幕对不同波段辐射的透过率。然后以人体作为观察目标,基于相似度准则,引入归一化互信息指标作为评价标准,并和直接观察结合来分析红外热成像效果受烟幕干扰的情况。结果表明,在烟幕干扰下,当红外热成像系统无法达到识别要求时,目标与背景表观对比度下降到固有对比度的4%以下,对应的烟幕透过率为55%,且理论计算与实验分析相符。     

反常衍射近似在测量圆柱形粒子粒径分布中的应用

在光全散射法颗粒粒径测量中,基于米氏(Mie)理论的计算方法只能求出均匀球形粒子的消光系数,而且计算复杂。通过反常衍射近似(ADA)代替米消光系数,可以简化粒径分布的反演过程。对使用反常衍射近似方法计算圆柱形粒子消光系数的可行性以及限制条件进行深入的研究,并在非独立模式算法下,采用遗传算法反演粒径分布。仿真结果表明,当粒子的相对折射率在一定范围内时,利用反常衍射近似反演圆柱形粒子的粒径分布是完全可行的,反演结果稳定、可靠。对消光值测量结果加入3％相对误差时,反演误差为5．7％。该方法具有简单、直观、计算速度快等优点,适合颗粒粒径的在线测量。     

Calculation of Infrared Mass Extinction Coefficients of Graphite Spheres and the Effects of Diesel Oil Coating

Liquid and solid obscurants are widely used in the modern battlefield to attenuate visible and infrared radiation. Since they are sometimes used simultaneously, the solid particles may be wrapped by the liquid. In this paper we investigated into the infrared extinction characteristics of the graphite spheres with and without the diesel oil coating. Mie’s theory and the theory of extinction by two-layered sphere were employed in the calculation of the spectral mass extinction coefficients (SMECs). The relationships between SMECs of particles and their sizes were examined. The maximal SMECs of these two types of particles at several wavelengths were also obtained.