舰船红外辐射特性三维全景仿真

摘要

在现代战争中，有关目标准确、完整的红外成像特征，已成为目标探测、制导、识别和跟踪的基础。红外制导武器已经成为海面舰船的主要威胁之一。随着红外成像技术的发展和对红外材料研究的深入，红外探测装置在辨别目标、确认目标、排除干扰方面的能力越来越强，红外制导武器对海面舰船的威胁将会愈发严重。因此对舰船的红外辐射特性进行仿真研究具有重要的战略意义。 本文针对我国海军某一具体舰艇进行仿真建模，计算及分析了该舰在不同环境工况下的温度场和红外辐射场。在3D建模工作中，采用了模块化的建模方法，极大的方便了模型的改进和修正工作。在完成整舰的实体建模之后，采用有限元分析软件ANSYS对其进行网格的划分，并进行辐射角系数的计算。最后，将所得面元的信息导出，采用VC++开发软件进行温度场和辐射场的计算。 在实际的探测过程中，探测器所接受的能量是舰船自身的辐射能量以及背景（海面背景和天空背景）的辐射能量之和，并且，探测器是通过比较和舰船自身和背景的亮度差来识别目标的。因此，对背景进行红外仿真建模是有必要的。在各种不同用途的天空及太阳辐射计算软件中，LOWTRAN7在非气象领域已经得到了广泛的认同，并且其精度已能达到计算要求。因此，采用LOWTRAN7模拟天空背景及太阳辐射。由于风浪等作用，实际的海面并非镜面，而是充满不断起伏的波浪，因而不能当作灰体来处理。为模拟实际海面的辐射，采用COX-MUNK概率海面模型描述海面波浪起伏，并计算了粗糙海面的方向-方向反射率以及定向发射率，研究了粗糙海面的辐射特性和风速的关系。 在软件的开发上面，程序源代码全部采用VC++语言编制。整个程序包含了舰船的温度场和辐射场计算模块、太阳和天空背景模块、波浪海面模块以及大气传输模块。其中在波浪海面模块，太阳和天空背景模块，大气传输模块上的开发上，采用了“软件模拟”和“数据输入”两种方法，“软件模拟”工作方式将由系统计算生成对应的背景和大气参数；“数据载入”允许用户通过数据文件直接输入背景和大气参数。这样可以使用户将实测的数据载入，进行仿真计算，以便检验仿真计算的结果。