预警机蒙皮红外特征与成像仿真技术研究

摘要

预警机(AWACS)是一种集指挥和预警于一体的飞机，是现代空战的空中指挥中心，预警机的重要性日益彰显，对其进行有效的探测和打击对空战的胜利至关重要。近年来，随着隐身材料的广泛应用，雷达探测技术的发展遇到了瓶颈，与此形成对比的是，这类目标运动速度高、红外辐射强烈，有利于通过红外技术达到识别和探测的目的。预警机蒙皮红外辐射特征明显，有利于进行红外探测和成像，进而实现对预警机的探测和打击，具有重要的研究意义。
　　本文分析了空间大气环境的特点，提出了大气透过率计算模型，分析了斜程探测下的短、中、长波红外的大气平均透过率。重点对预警机进行实体建模，并根据真实飞行环境进行了CFD仿真，利用仿真数据和相关算法对蒙皮进行红外辐射特征计算分析。在对蒙皮进行红外特性分析的基础上，利用空间坐标变换和投影映射的方法，仿真得到机身蒙皮的红外图像。最后，对运动中的探测器整流罩进行气动热仿真分析，研究了整流罩气动热对红外成像和探测的影响，提出整流罩温度控制指标。本文主要分为四个部分进行介绍：
　　1.以红外辐射基本理论为基础，先介绍了空间大气的分子密度、温度和压强等参数，并由此提出红外波段大气平均透过率的计算步骤，根据预警机的飞行特点，计算了不同探测行程下的大气平均透过率，为对预警机进行红外辐射特性分析和红外图像仿真提供了重要参数。
　　2.针对预警机的红外特性，对预警机蒙皮的红外辐射特征进行分析，利用SolidWorks软件对预警机建立实体模型，然后用ICEM-CFD软件建立仿真模型并完成网格划分，用Fluent软件对预警机进行CFD仿真，考虑太阳辐射原因得到蒙皮温度分布情况，结合遮挡和消隐相关算法，计算出不同探测方位和探测角度下预警机蒙皮的红外辐射特征，并将分析结果与相关数据进行对比。
　　3.根据对预警机蒙皮红外特征仿真分析的数据，建立红外成像仿真系统模型，利用空间坐标变换和投影映射的方法，并考虑到目标背景和噪声的影响，对预警机蒙皮的红外成像技术进行仿真分析。
　　4.最后，将探测器整流罩气动热看作是环境背景热噪声，对不同运动速度下的整流罩进行建模仿真和气动热分析，研究整流罩气动发热对红外成像结果的影响，并根据红外探测系统的信噪比，提出探测器整流罩温度控制相关指标。

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第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究现状

1.4 本文的研究目标及章节安排

1.5 本章小结

第二章 典型预警机目标大气环境的红外透过率计算

2.1 引言

2.2 大气环境

2.3 对预警机目标的红外大气透过率的分析和计算

2.4 对预警机目标的红外大气平均透过率计算

2.5 不同探测距离下对预警机红外大气平均透过率计算

2.6 本章小结

第三章 典型预警机目标蒙皮红外辐射特征分析

3.1 引言

3.2 预警机蒙皮温度分布研究

3.3 预警机蒙皮总体红外辐射强度分析

3.4 本章小结

第四章 预警机蒙皮红外图像仿真

4.1 引言

4.2 仿真成像原理介绍

4.3 投影成像介绍

4.4 仿真成像系统模型建立与坐标转换

4.5 红外目标成像仿真

4.6 本章小结

第五章 红外成像探测系统的整流罩气动热对红外成像影响研究

5.1 引言

5.2 整流罩气动热分析相关理论基础

5.3 整流罩气动热对红外成像影响分析

5.4 整流罩理论模型建立和分析推导

5.5 本章小结

第六章 全文总结与展望

6.1 全文总结

6.2 后续工作展望

致谢

参考文献