导弹目标多波段红外成像特征建模仿真分析

摘要

天基红外预警系统在弹道导弹防御方面发挥着极其重要的作用。地球同步轨道和中低轨道上卫星载荷联合对发射的弹道导弹进行探测跟踪，由于天基预警探测距离远，目标呈点特征。本文对弹道导弹主动段和中段进行了红外成像仿真，利用导弹成像信噪比特征分析了天基红外系统的探测能力，同时分析了导弹目标的成像轨迹特征，并在OSG（Open Scene Graph）平台上实时仿真了导弹的成像特征以及运动轨迹。主要研究内容如下：
　　研究导弹主动段尾焰的红外辐射特征，建立了主动段尾焰几何模型，基于2.63～2.85μm和4.21～4.45μm波段内在特定探测角度上实测获得的导弹尾焰辐射数据，考虑有弹头遮挡时各探测角度上尾焰的投影面积，计算了双波段内导弹尾焰在不同高度、不同探测角度上的辐射强度。另外基于中段导弹弹头温度的变化情况，结合弹头在不同探测角度上的投影面积，计算了时间和探测角度两个维度上弹头的辐射强度。
　　设置典型卷云背景作为导弹主动段的探测背景，计算了大气层高度为100km内不同探测角度上的大气透过率。理论计算深空背景辐射亮度，将其作为导弹中段的探测背景。针对光学系统对点目标的扩散效应进行建模，完成了探测器积分响应过程，通过大量成像仿真结果分析了探测角度、飞行高度、探测距离以及光学系统焦距变化时导弹目标的预警仿真图像，接着计算目标成像信噪比，用于衡量成像质量并分析探测能力。
　　建立导弹发射坐标系到像面坐标系的转化矩阵，仿真了导弹在发射坐标系下的运动轨迹和像面坐标系下的成像轨迹。在天基红外预警、红外成像特征分析仿真的基础上，基于本课题组已构建好的OSG平台实现导弹目标实时红外成像仿真，主要分析了成像特征和图像上轨迹的变化。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2国内外发展状况

1.3本文的主要研究内容

第二章 天基红外系统成像特征分析

2.1弹道导弹飞行全过程

2.2天基红外预警对导弹成像过程

2.3导弹红外辐射特征分析

2.4大气传输特性分析

2.5背景红外辐射特征分析

2.6成像建模仿真原理

2.7小结

第三章 天基红外系统成像特征建模

3.1天基红外系统成像仿真方法

3.2导弹红外辐射建模研究

3.3大气辐射传输分析与计算

3.4传感器建模研究

3.5小结

第四章天基红外系统导弹成像仿真

4.1天基红外系统成像链路仿真

4.2坐标系定义与转换

4.3物空间到像面几何成像生成轨迹

4.4基于OSG三维动态仿真软件红外成像特征研究

4.5小结

第五章 总结与展望

参考文献

致谢

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