目标红外辐射特性的理论模型与数值计算方法研究

筇一帝红外成像心踪的从蛐土¨识温度目前一般限制在１１５０．１２００Ｋ，相应的尾喷口处的排气温度在非加力状态下一般在８５０．９００Ｋ左右。

如果经过涡轮后的燃气进一步作加力燃烧，则喷口山的排气温度可达１８００．２０００Ｋ［３１。

在波长五＜５，ｕｒｎ的辐射范围内，飞行马赫数Ａ如＜２时Ｉ｛Ｉ机的蒙皮的辐射不起重要作用，但是当Ｍａ，２时。

飞机紫皮承受相当程度的气动加热，几乎在所有的红外波段内都有很强的辐射。

但是，即使Ｍａ＜２时，在８—１４ｐｍ的￡ｌ：外波段内，飞机蒙皮的红外辐射在整个飞机红外辐射中占有极为重要的比重。

２．４背景辐射背景辐射是一个红外系统必然会接受到的辐射，背景辐射在探测器上形成的辐照度有时会比目标形成的辐照度高好几个数量级，而且变化复杂，因而了解背景辐射的特点，对提高红外图像目标检测的性能具有十分重要的意义。

典型的背景有天空、地面和海洋等。

晴空条件下，天空辐射主要由两部分组成：大气分子及气溶胶粒子对太阳光的散射和大气分子自身的辐射。

实验和理论计算表明，对阳光的散射和大气分子的辐射在光谱分布上是有差别的。

对阳光的散射主要分却在波长小于３，ｕｒｎ的短波范围内；而大气辐射由于大气本身温度较低（有效温度在２００．３００Ｋ内），因而在小于４／ｔｍ的波长范围内辐射量很小。

天空辐射可以认为是上述两利ｓ辐射的叠加，这种辐射在３．４／ｏｎ波段内出现极小值，在３，ｕｒｎ以下的短波部分以散射为主，而在４／ｔｍ以上的波段范围内以大气辐射为主。

在晴空条件下，散射形成的天空亮度具有如下特点：●在散射区（旯＜３ｐｍ），光谱曲线并不足一条理想化的黑体ＩⅡＩ线，而是具有由水汽等的强吸收带造成的波带状结构。

这导致红外图像上的散利造成的背景像素灰度的降低。

·散射的亮度随观测的仰角而变化，因为和水平面构成的仰角增加时，光线路径缩短，教射阳光的大气分子数也随之减少，从而造成散射的亮度－６．图２．３是一幅典型的天空为背景的红外图像。

摘要红外辐射是一切物体的固有特性,由于红外线有着普通电磁波和可见光无法比拟的优点,因此目标红外辐射特征的模拟技术也就成为国内外各大科研机构争相研究的技术领域。

近年来,随着红外成像技犬的日趋成熟,其在各军事领域中的应用也日益广泛。

随着红外制导技术的发展,为了提高武器的性能,在武器的设计和研制阶段就必须对红外导引头的各项指标进行检测,这时需要提供目标红外特性的模拟。

针对这个需要,本文就外界环境对红外模拟靶标系统的影响机理进行探讨，设计了能够模拟目标红外特性的智能红外靶标系统，论文介绍了红外靶标系统的整体设计过程、原理样机的软硬件设计过程和样机的制作过程。

将需要模拟的目标红外图像的数据经处理后传输,通过控制系统把数据转换成驱动时序,再通过外围的功率驱动电路,对目标靶阵列进行加热,在目标靶上形成所模拟目标的红外特征;在总体方案优化设计的基础上,本课题提出了红外靶标模块化拼接的优化设计方法,将高分辨率模拟靶分为若干小分辨率模拟靶进行拼接,从而实现了高分辨率图像的模拟，智能红外靶标系统总体技术研究过程包括系统应用理论介绍、靶标的总体设计、样机的硬件设计、样机的软件设计、实验及结果分析五个部分。

智能红外靶标系统应用目标与背景的红外辐射特性和PID控制算法作为理论基础,运用matlab软件计算理论模型,以FPGA作为控制系统的核心,采用功率放大器件驱动外围电路。

最终,将己有的目标的红外图像作为数据源,在样机上将目标红外特性再现。

关键词:红外靶标红外特性薄膜电阻阵列FPGAAbstractInfrared radiation is the inherent characteristic of all objects because the infrared has advantages of ordinary electromagnetic wave and visible light can not match so the simulation technology of infrared radiation feature of targets has become the technology to study the major domestic and foreign research institutions In recent years, along with the infrared imaging technology dog matures its application in the military field is increasingly wide spread With the development of the infrared guidance technology in order to improve the performance of weapons design and manufacture of the weapons must be the indicators of infrared seeker simulation were detected, then needs to provide the infrared characteristics of the target.In view of this, this paper discusses the mechanism of the influence of the external environment of the infrared target system, design a intelligent infrared target system can simulate infrared features of objects, this paper introduces the overall design, prototype production process process principle of infrared target system software and hardware design and prototyping. Will be required to simulate target infrared image data processed by the control system of transmission, the data into time driven, and then through the external power driving circuit, heating of the target array, the formation of infrared characteristics of simulated target in the target; optimization design based on the generalplan, this thesis the optimal design method of infrared target modular splicing, the high resolution simulation target is divided into several small resolution simulation target mosaic, so as to realize the simulation of high resolution image, intelligent infrared target system technology research process including system theory is introduced, the target of overall design, prototype hardware design, the prototype software design experimental results and analysis, the five part. Application of target and background infrared target system of intelligent infrared radiation characteristics and the PID control algorithm as the theoretical basis theoretical calculation model using MATLAB software, taking FPGA as the core of the control system, a power amplifier driving circuit. Finally, the infrared mage has some target as the data source, reproduced in the infrared characteristics of prototype will target.Keywords: infrared target infrared properties of thin film resistor array FPGA第一章绪论1.1引言在红外成像制导武器大量装备的今天,对红外制导和红外成像制导武器的目标识别及目标跟踪的技术要求越来越高,为了在武器的设计和研制阶段对真实客观地评估各种红外成像搜索和跟踪系统的动态性能, 例如进行导引头红外响应及目标识别的试验,以验证设计的正确性。

总第194期2010年第8期舰船电子工程Ship Elec tronic Eng ineeringV o l.30No.821无人机红外辐射特性数值模拟研究综述＊李晋岭　汪卫华(解放军炮兵学院　合肥　230031)摘　要　无人机的红外辐射特性是无人机战场生存能力和作战效能的重要因素。

通过对无人机红外辐射特性研究的综述与分析,总结了无人机红外辐射特性的特点、内容、要求和研究方法。

关键词　无人机;红外辐射特性;数值模拟中图分类号　V219Review of I nfrared Radiation Characteristics Numerical SimulationStudy on Unmanned Aerial VehicleLi Jinling　Wang Weihua(A rtillery A cademy of P LA,Hefei　230031)A bstract　T he infr ared radiatio n characteristic of unmanned aerial vehicle is one o f the very impor tant facto rs w hich in-fluence the survivability and o per ational effectiv eness in combat.T he characteristics,co nte nt,resea rch standa rds and re-search methods w ere summarized by review and a nalyze the study o n unmanned ae rial v ehicle inf rared r adiation char acte ristics in this paper.Key Words　unmanned aerial v ehicle,inf rared radiatio n char acte ristics,numerical simulatio nClass Number　V2191　引言无人驾驶飞机是一种由动力驱动、机上无人驾驶、可重复使用的航空器,在越南战争、中东战争、海湾战争和伊拉克战争中,无人机卓有成效地执行了多种军事任务,以突出的战绩使各国对无人机作为军队战斗力倍增器的作用与地位及其潜在的军事价值取得了共识,但是随着现代侦察手段的发展,无人机的战场生存能力,反侦察能力越来越受到关注。

第４０卷第３期２０１８年６月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ ４０㊀Ｎｏ ３Ｊｕｎ ２０１８文章编号：１６７３⁃３８１９（２０１８）０３⁃００３６⁃０５直升机目标红外辐射特性分析刘关心，阳再清（解放军９２４１９部队，辽宁兴城㊀１２５１０６）摘㊀要：红外辐射特性是直升机重要的目标特性，也是防空武器系统探测跟踪的关键性能，通过分析直升机目标红外辐射特性的形成，研究了其基本特点，供研究直升机目标特性的工程技术人员参考㊂关键词：直升机；目标特性；红外特性；红外辐射强度中图分类号：Ｖ２７５ １㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０１８．０３．００９㊀ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＩｎｆｒａｒｅｄＲａｄｉａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＨｅｌｉｃｏｐｔｅｒＬＩＵＧｕａｎ⁃ｘｉｎ，ＹＡＮＧＺａｉ⁃ｑｉｎｇ（ＰＬＡＵｎｉｔ９２４１９，Ｘｉｎｇｃｈｅｎｇ，１２５１０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔａｒｇｅｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ，ｉｔ ｓｋｅｙｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆａｉｒｄｅｆｅｎｓｅｗｅａｐｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇ．Ｂａｓｅｄｏｎａｎａｌｙｚｅｄｔｈｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｏｆｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ，ｔｈｅｆｅａｔｕｒｅｉｓｒｅｓｅａｒｃｈｅｄ．Ｔｈｉｓｗｏｕｌｄｂｅａｖａｉｌａｂｌｅｆｏｒｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇｔｅｃｈｎｉｃａｌｐｅｒｓｏｎｎｅｌｉｎｔｈｅｆｉｅｌｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ；ｔａｒｇｅｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｉｎｆｒａｒｅｄｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ；ｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｉｎｔｅｎｓｉｔｙ收稿日期：２０１８⁃０１⁃１１修回日期：２０１８⁃０３⁃１５作者简介：刘关心（１９８２⁃），男，湖北崇阳人，硕士，工程师，研究方向为无人机使用研究㊂阳再清（１９６６⁃），男，硕士，高级工程师㊂㊀㊀直升机作为重要的飞行器，一直是防空武器的主要防御目标之一㊂直升机的悬停状态㊁低空低速飞行㊁旋翼特性等，形成了与固定翼飞机不同之处，甚至有效降低了雷达探测㊁跟踪的能力，红外探测与跟踪成为更有效的手段㊂研究分析直升机目标的红外辐射特性成为防空武器的重点之一，更是空中靶标研究的关键㊂本文从目标模拟的角度，分析了直升机目标红外特性的形成与特点，为直升机目标红外特性的研究做一些前沿的探讨㊂１㊀红外特性基础分析自然界中温度高于绝对零度的一切物体每时每刻都在进行红外辐射，红外辐射本质上是电磁辐射，其辐射的能量大小与物体温度㊁辐射的波长等有关，公式（１）描述了黑体的光谱输出度Ｍλ与辐射波长λ㊁绝对温度Ｔ的关系：Ｍλ＝ｃ１λ５㊃１ｅｃ／λＴ－１（１）式中：ｃ１㊁ｃ２为第一和第二辐射常数㊂实际物体并不能全部吸收任何波长的辐射，当其反射率不变时为灰体，当其发射率变化时为选择性辐射体㊂物体的红外辐射一般由面壁和参与性介质形成㊂直升机目标的机体表面和热腔体会形成面壁辐射，发动机尾焰会形成参与性介质辐射，在飞行过程中因为环境辐射加热㊁内部热源等因素导致其不同位置温度发生变化，使得向外辐射也在时刻发生变化㊂其不同点受到不同因素影响的程度不同，其温度分布也十分复杂，形成众多的热源点㊂在此过程中参与性介质的状态也在不断变化，使得其与外界热交换也发生着复杂的变化㊂理论分析这一过程的红外辐射特性是一个相当复杂的系统工程，理想的方法是用理论和试验相结合的方法，探索在一定条件下的规律㊂理论分析上，首先计算温度场分布；再利用流场计算方程㊁对流辐射耦合方程㊁燃烧产物浓度方程，建立基本模型和算法，进行求解；最后用工程试验来校正，可以得到较为接近的特性分布㊂从红外探测的角度看，大气对红外辐射特性的影响也是至关重要的㊂直升机系统辐射的红外能量必须通过大气的传播才能被探测器探测到，大气的吸收和散射将使得红外辐射衰减㊂大气９９％的组成成分Ｏ２和Ｎ２并不对１５μｍ以下的红外辐射产生吸收作用，但Ｈ２Ｏ㊁ＣＯ２㊁ＣＯ㊁Ｎ２Ｏ㊁ＣＨ４㊁Ｎ２等成分都将对红外辐射的吸收产生明显的作用㊂大气是一个不均匀的介质，必然会导致散射，一般地，散射比分子吸收弱，随着波长增加散射也会减弱，但对于处于大气窗口的红外探测而言，散射却是辐射衰减的主要原因㊂不同的地域㊁不同的时间㊁不同的高度，大气的分布都不相同，其对红外辐射的吸收与散射也不相同，需要利用大气透过率和大气辐射特性来提高探测器的性能㊂. All Rights Reserved.第３期指挥控制与仿真３７㊀２㊀直升机目标红外特性分析２ １㊀红外辐射强度分析描述红外辐射特性的物理量较多，一般用能够通过观测得到辐射强度（Ｉ）来表述，其是指辐射源在单位立体角内的辐射功率㊂从这一定义看，红外辐射强度是从探测跟踪的角度来度量的，它不仅与物体自身的辐射相关，也与探测的距离㊁角度，传播介质等相关，是一个综合性的物理量㊂辐射强度是描述点源目标的，一般的物体都不是严格的点源目标，工程上将探测距离大于物体尺寸１０倍以上的物体视为点源㊂在均匀背景下红外探测器的探测距离Ｒ可以用公式（２）来表达：Ｒ＝τ０㊃τ（Ｒ，ｈ）㊃π㊃Ｄ２㊃Ｉ㊃Ｄ∗４㊃Ｓ／Ｎ㊃Ｆａ㊃ｂ㊃Δｆ（２）式中：τ０为光学系统透过率；τ（Ｒ，ｈ）为大气透过率；Ｄ为光学系统孔径；Ｉ为目标红外辐射强度；Ｄ∗为探测器比探测率；Ｓ／Ｎ为系统信噪比；Ｆ为噪声系数；ａ，ｂ为探测器面源尺寸；Δｆ为电子系统带宽㊂公式（２）全面反映了红外探测的制约因素，从探测的角度看，探测距离与辐射强度的平方根成正比，如果目标辐射强度下降１０ｄＢ（９０％），则探测距离将下降６８％，显然，影响是十分明显的㊂从辐射源的角度看，辐射强度Ｉ与探测距离的平方成正比，对同一辐射源，在不同位置探测目标，其红外辐射强度明显不同，对探测能力的影响也十分明显㊂目标在探测器所在方向上的辐射强度理论计算如公式（３）：Ｉ＝ʏλλＳʅ㊃ελ㊃Ｍλ／πｄλ（３）式中：Ｓʅ为目标的投影面积，ελ为材料的发射率，Ｍλ见公式（１）㊂可见，红外辐射强度由Ｓʅ㊁ελ和目标表面温度Ｔ三个参数决定㊂对某一目标而言Ｓʅ和ελ是固有的特性，相对稳定，不同目标而辐射强度不同，Ｉ会随着它们的降低而减少㊂物体的表面温度是一个变化的量，Ｉ会随着其降低而减小，其曲线峰值会随温度降低而逐步向长波方向移动，如图１示㊂图１㊀光谱输出度与温度关系图㊀㊀从上述分析可知，用红外辐射强度表征目标的红外辐射特性存在着一定的局限性，特别是对于目标特性模拟来说，是难以用简单的红外辐射强度研制出合适的靶标的，需要更深入的研究，将红外辐射强度反映出的目标本身特性用恰当的参数表现出来㊂从式（３）来看，主要是目标的面积㊁材质与表面温度，只有这些参数才与目标的结构特性㊁材料特性㊁运动特性㊁发动机特性等自身特性联系起来㊂红外辐射强度与投影面积㊁发射率（材质决定）与温度的关系是随着它们的降低而减少，但这些参数与目标自身特性的定量关系却是十分复杂，需要通过大量的试验和理论估算才能探索出一定条件下的规律来，对于靶标，可以用典型目标的相关特性来对比分析得出相关要求㊂２ ２㊀直升机主要红外特性分析直升机的红外特性主要由表面辐射㊁尾焰和发动机热腔体形成，它不同于固定翼飞机的是：它飞行速度较低，不存在气动加热；它不依靠排气速度来推进，尾焰流较小㊂２ ２ １㊀机体表面红外辐射直升机的蒙皮等表面温度会高于背景温度，是重要的红外辐射源㊂一般在３００Ｋ左右，其红外辐射峰值处于８μｍ １４μｍ波段的大气窗口，能透过大气传递大部分有效能量，形成有效的红外辐射㊂表面辐射是固体面壁辐射，没有参与性介质，是连续的光谱㊂表面的红外辐射包括自身辐射和环境辐射，而环境辐射与太阳照射㊁环境大气特性等相关，存在许多不确定性，需要红外探测专业专门研究，对目标研究来说研究其自身特性是首要的问题㊂对于特定目标而言，其发射率是相对稳定的，获得其红外辐射特性的关键是获得温度分布㊂直升机工作后，在热传导作用下，表面的温度. All Rights Reserved.３８㊀刘关心，等：直升机目标红外辐射特性分析第４０卷会发生变化，可以通过工程软件来估算表面的温度分布㊂再将表面沿轴向和径向分成ｎˑｍ各小面元，根据普朗克定律计算出各面元的光谱辐射度Ｍｉｊ（Ｔｉｊ），然后积分求得任意波段的辐射强度Ｉｓ，见公式（４）㊂显然，辐射强度不仅与表面温度有关，还与观察点位置㊁飞行姿态等有关㊂Ｉｓ＝ðｉ，ｊΔＡｉｊ㊃ｃｏｓθｉｊʏλλＭλ，ｉｊｄλπ（４）式中，ΔＡｉｊ为面元面积；θｉｊ为视线与面元法线夹角；ｉ＝１ ｎ；ｊ＝１ ｍ㊂２ ２ ２㊀发动机引起的红外辐射由发动机工作相关的热腔体和尾焰是直升机的主要红外辐射源，其典型的光谱辐射强度如图２示㊂从图２可以看出，其红外辐射主要在３ ５μｍ波段内，而且分为两部分，一部分是３ ０μｍ ４ １５μｍ和４ ６μｍ５ ０μｍ，主要由热腔体产生，由于Ｈ２Ｏ吸收与散射作用而出现波动；另一部分是４ １５μｍ ４ ６μｍ，由尾焰产生，由于ＣＯ２的吸收与散射作用而出现波动㊂图２㊀动力系统红外辐射强度分布示意图㊀㊀尾焰辐射是由发动机排出的高温ＣＯ２㊁Ｈ２Ｏ㊁ＣＯ等气体形成的分子辐射，其辐射强度取决于尾焰成分和温度，他们之间的关系十分复杂，工程上可以用正反光线跟踪法㊁辐射传输方程等方法来估算㊂首先根据发动机特性计算尾焰的温度分布，再根据普朗克定律求得尾焰温度场中各点的辐射度Ｍλ，ｂ，从而得到各点光谱辐射亮度Ｌλ，ｂ，根据气体介质亮度定义对Ｌλ，ｂ积分求得观测点的辐照度Ｈｓ，λ，即可求得辐射强度Ｉｐ＝Ｈｓ，λＲ２／τａ（Ｒ为探测距离，τａ为透过率）㊂不同形制的发动机尾焰的成分与温度是不相同的，直升机一般采用活塞式发动机或涡轮轴发动机，一般的涡轴发动机涡轮进口温度在１０００ħ，出口温度５００ħ ７００ħ，活塞发动机排气温度略高，如Ｒｏｔａｘ９１４发动机排气温度为９００ħ㊂由发动机尾喷管等构成的热腔体是典型的灰体辐射，其发射率ε＝０ ８ ０ ９，其辐射强度Ｉｔ与绝度温度Ｔ的４次方成正比，可用公式（５）计算㊂直升机的热腔体大多安装在尾部，这时的辐射只在排气管的后半球才能探测到，但它与其他表面的温度会有明显差别，一般相差１００ħ左右，其红外辐射明显㊂Ｉｔ＝εσＴ４πＡｔηλ１－λ２ｃｏｓθ（５）式中，ηλ１－λ２＝ʏλ２λ１Ｍｂ（λ，Ｔ）ｄλʏɕ０Ｍｂ（λ，Ｔ）ｄλ；Ａｔ为热腔体投影面积；θ为视线与腔体法线的夹角㊂２ ２ ３㊀不同探测方向上的红外辐射强度分布红外探测器对直升机进行探测时，探测距离与直升机红外辐射强度的平方根成正比㊂从不同角度进行探测，其探测距离远近与直升机红外辐射强度分布相一致㊂图３和图４为典型直升机（单旋翼＋尾桨，发动机喷口在机身后侧朝外）悬停时在不同波段下的红外辐射强度分布图㊂从图３和图４中可以看出，在垂直探测方向上，３μｍ ５μｍ波段和８μｍ １４μｍ波段红外辐射强度分布呈 ８ 字型，红外辐射强度在０ʎ １８０ʎ和１８０ʎ ３６０ʎ探测方向上呈现先增大后减小的趋势，这是由于机身照射面积变化影响所致；８μｍ １４μｍ波段红外辐射强度明显高于３μｍ ５μｍ波段，说明了机身蒙皮是８ １４μｍ波段主要辐射源㊂在水平探测方向上，３μｍ ５μｍ波段和８μｍ １４μｍ波段红外辐射强度沿机身左右基本对称；在发动机尾喷口方向区域，３μｍ ５μｍ波段红外辐射强度有非常明显的突变，而整个水平方向上８μｍ １４μｍ波段变化平缓㊂由此可见，尾焰辐射是３μｍ ５μｍ波段主要辐射源㊂图３和图４反映了直升机红外辐射强度分布的基本规律，要精确测量直升机红外分布特性，还需要考虑旋翼下洗气流㊁飞行环境（太阳照射㊁大气温度㊁风速风向）等对直升机红外特性的影响㊂从探测的角度看，从直升机机身正上方㊁机身侧向或者发动机喷口方向进行探测，直升机红外辐射强度大，可提高探测距离；直升机机头和机尾方向红外辐射强度最小，探测距离也相应最小，应尽量. All Rights Reserved.第３期指挥控制与仿真３９㊀避免㊂图３㊀垂直面上红外辐射强度分布图４㊀水平面上红外辐射强度分布２ ２ ４㊀红外抑制与运动特性的影响为有效降低红外辐射，武装直升机一般加装红外抑制器，通过引进外界冷空气对热腔体和尾焰降温，并改变尾焰流的成分，有效降低红外辐射㊂如ＡＨ⁃６４直升机，发动机排出口温度５７０ħ，加装红外抑制器后，金属外壁的温度只有９４ħ，排出的尾焰温度只有３００ħ，用２％的功率损耗降低红外辐射９４％㊂直升机的红外辐射特性会随着其运动状态的变化而改变，在不同高度㊁不同速度下会呈现不同的规律㊂当高度增加，自然温度会越来越低，空气对各红外源的降温作用明显，会导致辐射强度的降低，但由于背景温度的降低，自身的辐射也会增强㊂当速度增加时，运动形成的空气流会对各红外源产生降温作用，使得红外辐射强度有变小的趋势，同时运动会导致传动机构的部件发热，增强辐射㊂直升机运动过程中，红外辐射强度随状态变化是一个较为复杂的过程，应通过试验测试㊁建模估算来探寻规律㊂２ ３㊀分析结论通过上述分析，可以看出直升机目标的红外特性呈现以下特点：１）直升机目标红外特性中壁面辐射是主要的辐射源，主要来源于机体表面和发动机热腔体㊂机体表面辐射是一个选择性辐射体，它既发射自身的能量，又会反射太阳辐射等产生的能量，但其温度与背景温度相差不大，辐射主要集中在长波波段内㊂发动机热腔体辐射是典型的灰体辐射源，其温度与背景温度相差较大，辐射强度较高，辐射集中在中波波段，但由于其安装位置的关系，一般从头部观测难以显现㊂２）尾焰是典型的参与性介质辐射，是中波波段的主要辐射源㊂直升机发动机出口的尾焰温度一般在. All Rights Reserved.４０㊀刘关心，等：直升机目标红外辐射特性分析第４０卷５００ħ ９００ħ，采用红外抑制器的目标温度会明显降低，辐射的能量会明显减小，但在抑制器工作的过程中通过热传递会导致机体表面温度的升高，增加长波段辐射能量，不过这种增加是十分有限的㊂３）直升机目标红外特性模拟主要取决于表面面积和发动机的性能㊂用无人直升机模拟武装直升机存在的主要问题是：无人机会小许多，表面的辐射能量会明显不足；武装直升机采用涡轮轴式发动机，无人直升机主要是活塞式发动机，形成的热腔体和尾焰辐射差别较大，其总体性能是偏小的㊂因此，用无人直升机模拟直升机目标时，无论是中波波段还是长波波段的红外辐射特性都需要增加㊂４）准确描述直升机目标红外特性既要有长波波段的特性，又要有中波波段的特性；既要有面壁辐射源，又要有参与性介质辐射源㊂直升机目标的红外辐射定量分析，受到影响红外辐射特性诸多因素的影响，在工程上可采用试验与理论分析结合的方法，得到一定条件下的规律或数据，但反映全部状态下的特性较难㊂对于直升机目标模拟，目前能够要求逼近到一个数量级㊂３㊀结束语直升机目标的红外特性影响因素众多，各因素的影响方式㊁程度㊁效果等又十分复杂，使得研究十分棘手㊂从工程实践的角度，提出一些观点和看法只是起步，需要理论和试验并重，广泛开展基础性㊁实践性研究，才能在某些条件下有所突破，望本文对此有所启示和促进㊂参考文献：［１］㊀蒋新桐．飞机设计手册［Ｍ］．北京：航空工业出版社，２００５．［２］㊀祝小平．无人机设计手册［Ｍ］．北京：国防工业出版社，２００７．［３］㊀桑建华．飞行器隐身技术［Ｍ］．北京：航空工业出版社，２０１３．［４］㊀杨立，等．红外热成像测温原理与技术［Ｍ］．北京：科学出版社，２０１２．［５］㊀王超哲，等．飞机红外辐射特性及其探测技术研究［Ｊ］．激光与红外，２０１１，４１（９）：９９６⁃１００１．［６］㊀赵楠，等．来袭飞机的红外辐射与大气传输特性研究［Ｊ］．激光与红外，２０１２，４２（８）：８９０⁃８９３．［７］㊀王同辉．直升机用引射式红外抑制器气动和红外特性计算［Ｄ］．南京：南京航空航天大学，２００８．. All Rights Reserved.。

目标光学特性建模及其应用研究目标光学特性建模及其应用研究摘要：随着科学技术的不断进步和发展，目标光学特性建模及其应用研究已经成为一个热门的研究领域。

本文主要介绍了目标光学特性建模的基本原理及其应用，包括目标光学特性建模的方法、光学特性的参数及其影响因素、建模及验证方法以及目标光学特性在军事、工业和医学等领域的应用等。

本文旨在为相关领域的研究者提供参考和指导。

1. 引言目标光学特性是指物体对光的反射、折射、散射、透射等光学现象的特性。

目标光学特性的建模是指通过数学模型描述和分析目标物体在光学领域的响应以及与其它物体之间的相互作用。

目标光学特性建模的应用广泛，包括军事领域中的目标识别与侦测、工业领域中的光学元件设计和医学领域中的疾病诊断等。

2. 目标光学特性建模的方法目标光学特性建模的方法主要包括物理模型法、统计模型法和计算模型法。

物理模型法基于物理学原理，通过公式和方程描述物体在光学领域的响应。

统计模型法则通过统计分析一定数量的目标样本数据，得到目标光学特性的统计分布规律。

计算模型法是指利用计算机对目标光学特性进行数值计算模拟，通过模型不断优化得到更加精确的结果。

3. 光学特性的参数及其影响因素目标光学特性的参数包括反射率、透射率、散射率、吸收率等。

这些参数受到目标的几何形状、物质性质、表面特征和光照条件等多个因素的影响。

了解和分析这些参数及其影响因素对于准确建模目标光学特性非常重要。

4. 目标光学特性的建模及验证方法目标光学特性的建模需要通过实验和数据分析进行验证。

常用的验证方法包括实验测量、数值模拟和比较分析等。

实验测量是指通过实际仪器设备对目标进行光学特性检测和测量，得到实验数据。

数值模拟是利用计算机对目标光学特性进行数值计算模拟，得到模拟结果。

比较分析则是将实验数据和数值模拟结果进行对比和分析，评估模型的准确性和可靠性。

5. 目标光学特性的应用5.1 军事应用目标光学特性在军事领域的应用广泛，包括目标识别、目标侦测和光学干涉装备等。

无人机红外辐射特性数值模拟研究综述1. 绪论1.1 研究背景和意义1.2 国内外研究现状分析1.3 研究目的和意义2. 红外辐射特性基础知识2.1 红外辐射的产生与传播2.2 红外辐射特性的影响因素2.3 红外辐射传感器的工作原理3. 无人机红外辐射数值模拟方法3.1 无人机模型建立3.2 红外辐射模型数值模拟3.3 模拟结果分析与评价4. 实验4.1 实验设计4.2 材料、工具与实验装置4.3 实验步骤与过程4.4 实验结果分析5. 结论与展望5.1 结论5.2 未来研究展望5.3 存在问题与改进措施第1章节绪论1.1研究背景和意义随着无人机的发展和应用范围的扩大，无人机的隐身性能日益受到关注。

而在现代隐身技术中，红外辐射隐身技术越来越受到重视。

红外辐射是指物体在温度高于绝对零度时发射的辐射，它包含的波长范围为0.7μm~1000μm，其中以3μm~5μm和8μm~14μm的波长段为主。

军事领域中，敌方使用红外探测系统可以对无人机进行有效探测和追踪，甚至进行打击。

因此，研究无人机红外辐射特性对无人机隐身性能的提高和红外辐射探测系统的研究都具有重要意义。

1.2国内外研究现状分析在国内外，对无人机红外辐射特性进行数值模拟研究已经逐渐兴起。

在国内，无人机红外辐射特性的研究主要集中在模型建立和红外辐射模拟方法的研究上。

例如，一些研究利用有限元方法和边界元法建立无人机的三维模型，并进行红外辐射数值模拟。

但是这些研究在实际应用中还存在一些问题，例如计算复杂度大、计算精度有限等。

因此，未来的研究应该关注对红外辐射数值模拟方法的改进和提升。

而国外对无人机红外辐射特性的数值模拟研究更加深入。

美国军方利用红外探测器对无人机红外辐射进行监测，并对其进行探测性能评估。

而在研究方法上，国外研究通常利用经验公式、统计方法和计算流体力学等进行计算，这些方法在计算效率和精度上都有所提升。

1.3研究目的和意义本文旨在对无人机红外辐射特性进行数值模拟研究，并提出改进和提高模拟精度的方法，为无人机隐身性能的提高和红外辐射探测系统的研究提供科学依据和理论指导。

目标红外辐射特性测量定标方法研究樊宏杰;刘艳芳;刘连伟;姚梅;许振领;杨淼淼【摘要】阐述了定标工作在目标红外辐射特性测量中的重要作用。

分别就调焦类成像设备和非调焦类成像设备的定标方法进行了理论分析，针对不同定标方法的优缺点进行了说明，定标时通常采用0米定标，方便且可同时进行所有像元定标。

对目标特性测量时定标温度的选择作了分析，得出结论：定标间隔不变时，定标误差随定标温度呈“W”型规律变化，当定标温度分布于测量温度两侧时，误差有限，因此定标温度通常选择在目标等效黑体温度两侧，且定标温度间隔越小辐射特性测量精度越高。

%Calibration plays an important role in infrared characteristic measurement.Calibration method of fixed-focus imaging sensor and adjustable focus imaging sensor are theoretically analyzed.Merits and demerits of different calibra-tion methods are introduced.Zero meter calibration method is usually selected,it is convenient and can calibrate all pixels.The selection of calibration temperature is analyzed in target IR characteristic measurement,analysis results show that:when calibration temperature interval is constant,the calibration error changes along"W"shape with cali-bration temperature;The calibration error is limited when calibration temperature distributes both sides of measurement temperature,so calibration temperature is selected on both sides of equivalent blackbody temperature,and calibration error is smaller when calibration temperature interval is smaller.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2014(000)005【总页数】6页(P516-521)【关键词】红外辐射特性;辐射特性测量;定标【作者】樊宏杰;刘艳芳;刘连伟;姚梅;许振领;杨淼淼【作者单位】解放军63892部队，河南洛阳471003;解放军63892部队，河南洛阳471003;解放军63892部队，河南洛阳471003;解放军63892部队，河南洛阳471003;解放军63892部队，河南洛阳471003;解放军63892部队，河南洛阳471003【正文语种】中文【中图分类】TN21要研究目标/背景的辐射特性，需要进行大量的测量工作，通过测量可实现以下2个方面的目的: (1)可研究目标和背景的辐射分布、检验理论模型的计算精度，促进模型改进，提高模型的可信度; (2)可以研究目标与背景辐射特征之间的关系，考查目标背景的对比度。

红外探测器接收的目标辐射亮度模型一、 功能需求此模型计算红外探测器接收到的目标辐射亮度。

二、 理论分析探测器接收的目标辐射（？）包括大气路径传输辐射、目标自身辐射和目标反射的背景辐射，其中背景辐射主要由太阳辐射、天空辐射和地面（或海面）辐射构成。

因此，波长1λ～2λ范围内，探测器接收的目标辐射亮度sensor L 可表达为：()[]λλτλτλλλλλd L L L L back thermal atm path opt sensor ⎰++=21)()( （1）)(/λλλλρsea ground sky sun back L L L L ++= （2）式中λpath L －大气路程光谱辐射亮度；λthermal L －目标自身发射光谱辐射亮度；λback L －背景光谱辐射亮度；它分为下面三个部分：λsun L －目标反射的太阳光谱辐射亮度，包括镜面反射和漫反射两部分； λsky L －目标反射的天空光谱辐射亮度；λsea ground L /－目标反射的地面（或海面）光谱辐射亮度；ρ－目标的表面反射率。

)(λτatm 为大气的光谱透过率；)(λτopt 为探测器光学系统的光谱透过率；1 大气路径光谱辐射亮度2 目标自身热辐射亮度（是否也跟目标面积有关）根据普朗克公式，黑体光谱辐亮度λb L 可表示为：11251-=-TC b e C L λλλπ（9）式中：λ是波长；T 表示黑体的绝对温度；1C 是第一辐射常数，其值为21210741832.3cm W ⋅⨯-； 2C 是第二辐射常数，其值为K m ⋅⨯μ410438786.1。

对于波长范围在21λλ-的黑体辐亮度bb L 可表示为：λλλλd L L b bb ⎰=21（10）因此，目标自身辐射亮度可表示为：λελλλλd L L b thermal ⎰=21（11）式中：λε－目标的光谱比辐射率。

忽略了自身内部热传导和与空气的热传导。

3 目标反射的背景辐射亮度3.1 太阳辐射太阳辐射可分解为两方面：a. 所接受到的来自太阳的光束辐射或直接辐射；b. 所接受到的来自整个天空的由于大气散射和反射而方向发生变化的那部分太阳辐射所形成的漫射辐射。