视线方向上飞机红外特性及大气衰减模型研究

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空间目标的红外特性建模与仿真

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华中科技大学硕士学位论文
1.2 国内外研究现状
红外成像仿真的种类，若根据目标与背景所在的地理位置、高度或性质的不同，可分为以下四类对象[10]的红外仿真，即：空间目标与深空背景、空中目标与天空背景、海面目标与海洋背景、地面目标与地物背景。本课题主要研究的是空间目标与深空背景的红外成像仿真。下面分别介绍空间目标红外特性和太空红外场景的国内外研究现状。 1.2.1 目标红外辐射特性研究目标的红外辐射特性研究对于红外成像系统的研制、目标的红外隐身设计、仿真训练及实战均具有重要意义。典型的目标有坦克装甲车辆、船舰、飞机、导弹以及卫星等等，国内外针对坦克[11-12]、船舰[13-14]与飞机等军用目标的红外辐射特性进行了大量研究。相对而言，卫星红外辐射特性研究得较少。从查阅文献来看，国内仅有文献[9,15-16]对卫星红外辐射特性进行了研究，专门对卫星红外辐射特性进行研究的文献还不多。尽管研究卫星红外辐射特性的专门文献较少，然而我们仍然可通过查阅相关或相近文献来建立相应计算模型，进而对卫星红外辐射特性进行研究。与可见光波段不同，卫星红外辐射特性受到卫星自身红外辐射影响。而由普朗克定律可知，卫星表面自身红外辐射又受卫星表面温度影响，卫星红外辐射特性研究必然要涉及到卫星温度数值计算。国外对卫星温度分布进行了大量理论和实验研究，建立了一系列卫星温度场数值计算方法，典型有以下两类计算方法：一类计算方法是热网络法，该方法较为简单，计算精度也能达到一定的要求，但不能给出卫星表面较为精细的温度分布，因而依此计算得到的卫星表面红外辐射亮度分布较为粗糙。另一类计算方法是建立三维卫星温度计算模型，该方法获得的温度较为精确，可以给出卫星表面较为精细的温度分布，便于进一步计算卫星红外辐射通量分布。国外较早就开展了这方面的研究，现已开发出了较为成熟的计算分析软件，比如美国宇航局与欧洲宇航局研制开发的 SINDA，TRASYS 与 ESATAN。国内，在卫星温度场的模拟工作方面，潘增富[17]详细论述了航天器热计算中的稳态温度场计算的

可见光大气衰减模型

可见光大气衰减模型一、概述可见光大气衰减模型是指用数学公式来描述大气对可见光的衰减程度。

这个模型可以用于计算大气折射、大气散射、大气吸收等现象，从而帮助我们更好地理解和研究地球的大气环境。

二、大气散射1. 瑞利散射瑞利散射是指空气分子对可见光的散射现象。

它是由于空气分子的大小比可见光波长小很多，因此可以看作是一个点源。

根据瑞利散射公式，散射角度越小，散射强度就越强。

2. 米氏散射米氏散射是指空气中的颗粒对可见光的散射现象。

这些颗粒包括水滴、灰尘等微小物质。

根据米氏散射公式，颗粒大小越大，散射角度就越小。

三、大气吸收1. 水汽吸收水汽是一种重要的吸收因素，在太阳辐照下会吸收很多可见光波长范围内的能量。

根据水汽吸收公式，水汽的浓度越高，吸收强度就越大。

2. 氧气吸收氧气也是一种重要的吸收因素，它会吸收可见光波长范围内的一部分能量。

根据氧气吸收公式，氧气浓度越高，吸收强度就越大。

四、大气折射1. 斯涅尔定律斯涅尔定律是指当光线从一个介质进入另一个介质时，它会发生折射现象。

根据斯涅尔定律公式，入射角和折射角之间的关系可以用来计算光线在大气中的路径。

2. 瑞利-索姆菲尔德散射理论瑞利-索姆菲尔德散射理论是一种用于描述大气中光线传播特性的模型。

它考虑了空气分子和颗粒对可见光波长范围内的散射和吸收作用，并且可以用来计算大气折射率。

五、总结可见光大气衰减模型是一个非常复杂而又重要的研究领域。

它涉及到光学、气象、大气物理等多个学科，需要建立起一个完整的数学模型来描述大气对可见光的影响。

通过深入研究和探索，我们可以更好地理解地球的大气环境，为环境保护和气象预报提供有力支持。

云对空中目标红外探测的影响

ＦａｎｇＹｉｑｉａｎｇ，ＣｈｅｎＷｅｉｚ，ＳｕｎＸｉａｏｊｕｎ，ＭａＤｏｎｇｈｕｉ，ＣｈｅｎｇＺｈｅｎｇｄｏｎｇ，ＺｈａｎｇＦａｑｉａｎｇ，
（１．ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｒａｔｏｒｙｏｆＰｕｌｓｅｄＰｏｗｅｒＬａｓｅｒＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｅｆｅｉ２３００３７，Ｃｈｉｎａ
２．ＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＨｅｆｅｉ，Ｈｅｆｅｉ２３００３７，Ｃｈｉｎａ）
ｒａｉａｄｉｔｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｏｆｔａｒｇｅｔａｎｄｃｌｏｕｄｔｈａｔｒｅｃｅｉｖｅｄｂｙｔｈｅｄｅｔｅｃｔｏｒｗｅｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｓｏｆｈｅｔｐｒａａｍｅｔｅｒｓｉｎｈｅｔｍｏｄｅｌｗｅｒｅｉｓｄｃｕｓｓｅｄ．Ｌａｓｔｌｙ，ｔｈｅｓｉｍｕｌａｉｏｔｎｃａｌｃｕｌａｉｏｔｎｗａｓｄｏｎｅａｓｎａｅｘｍｐａｌｅｂａｓｅｄｏｎｈｅｔｍｏｄｅｌ，ａｎｄｈｅｔｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｎａａｌｙｚｅｄ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔ：ｉｎｈｅｔｂｎｄａｏｆ８— １４ｍ，ｔｈｅｒａｉａｄｉｏｔｎｉｆｅｄｒｅｎｃｅｏｆｔｒｇａｅｔａｎｄｃｌｏｕｄｈａｓｂｉｇｇｅｒｖｌｕａｅｎｅｒａｈｅｔｗａｖｅｌｅｎｇｈｏｔｆ９Ｉｘｍａｎｄ

高超声速飞行器气动热辐射特性

术在各类先进的精确制导武器系统中的应用越来越广泛遥导弹在大气层内高速飞行时袁因强烈的气动加热袁高温激波气体和红外窗口产生强烈的热辐射袁对目标的红外信号形成干扰袁降低导引头对目标的探测信噪比袁甚至导致红外探测器饱和而不能准确分辨来自目标的信号袁引起红外制导系统对目标探测尧跟踪与识别能力的减弱遥 [1-4]
Aero鄄thermo鄄radiation of a hypersonic vehicle
Wang Yahui1,2, Wang Qiang1, Gao Lei2, Xiao Liping2, Xu Li2
(1. School of Energy and Power Engineering, Beihang University, Beijing 100191, China 2. Beijing Aerospace Automatic Control Institute, Beijing 100854, China)
1.2 气动加热分析飞行器在大气层内高速飞行袁高速来流在头部
顶端滞止产生高温袁并对光学窗口产生复杂的气动加热袁文中采用 N-S 方程和标准 k- 湍流模型描述流动换热过程遥 [5-6] 1.3 高温气体和光学窗口的热辐射
高温气体和光学窗口的热辐射均是典型的介质
内热辐射传输问题袁辐射传递方程准确描述了辐射能量在介质中传递的发射尧吸收尧散射和穿透的相互关系袁表现为视线方向上的能量平衡[7-9]袁忽略高温流场和光学窗口的散射因素以及窗口对内部环境的散射因素袁积分形式辐射传递方程表示为院
在 t=10 -4 s 内袁前端的高温绕流流场就达到稳定袁而光学窗口的温度保持与电子舱内部环境温度一致袁热辐射较弱袁此时气动热辐射体现为高温气体流场的热辐射袁对比图 4~6 中 t=0 时刻的曲线可得袁飞行速度越高袁气体热辐射越强袁且随视线角增加而单调下降遥随时间的发展袁光学窗口受气动加热而温度迅速上升袁而高温绕流流场状态不变袁相对初始状态 t=0 时刻的气动热辐射上升幅度体现了光学窗口的热辐射袁显然窗口的热辐射逐渐成为气动热辐射的主要因素遥

天空大气背景红外辐射建模与计算

天空大气背景红外辐射建模与计算方义强;樊祥;程正东;朱斌;邓潘;张发强【摘要】研究天空大气背景的辐射对空中目标的探测非常重要,为此对大气辐射亮度的计算进行了建模与计算,通过对大气分层的方法得到了天空辐射亮度的计算公式,然后结合公式对吸收和散射的计算方法进行了详细的讨论,对于吸收主要考虑了水蒸气、二氧化碳和臭氧的吸收,而散射主要讨论了气溶胶的散射,最后通过典型数据对大气吸收、散射、透过率、光谱辐射亮度、辐射亮度等进行了计算,与MODTRAN软件的计算结果进行了比较,并对天空红外辐射的特点进行了分析.%For aerial target detection,it is highly important to study the radiance of sky background.The model and method for calculating the radiance of sky are set up.The calculating formula is established by layered bined with the formula,the calculating of absorption and scattering is discussed in detail.The absorption of vapor,carbon dioxide,ozone and the scattering of aerosol are mainly considered.At last,the absorption,the scattering,the transmission,the spectral radiance and the radiance of sky are calculated by typical data,furthermore,the results are compared with MODTRAN.And the features of the sky infrared radiation are analyzed.【期刊名称】《激光与红外》【年(卷),期】2013(043)008【总页数】7页(P896-902)【关键词】大气红外辐射;天空辐射亮度;大气透过率;红外告警【作者】方义强;樊祥;程正东;朱斌;邓潘;张发强【作者单位】脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥电子工程学院,安徽合肥230037;脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥电子工程学院,安徽合肥230037;脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥电子工程学院,安徽合肥230037;脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥电子工程学院,安徽合肥230037;脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥电子工程学院,安徽合肥230037;脉冲功率激光技术国家重点实验室,合肥电子工程学院,安徽合肥230037【正文语种】中文【中图分类】TN0121 引言地基或舰载红外告警系统在现代战场防空中有着重要的作用，其主要任务是在中远距离上探测和发现空中来袭目标。

基于Fluent的飞机红外辐射特性建模与仿真

第３９卷第６期２０１７年６月
红外技术
Ｉｎ．０１．３９ＮＯ．６
Ｊｕｎｅ２０ｌ７
＜制导与对抗＞
基于Ｆｌｕｅｎｔ的飞机红外辐射特性建模与仿真
ｔｈｅｍｅｔｈｏｄＯｆ盯ａｙｌｅｖｅｌｔｒａｎｓｆｏｒｍａｔｉｏｎ．
Ｋｅｖｗｏｒｄｓ：Ｆｌｕｅｎｔ，ｕｎｓｔｒｕｃｕｒｔｅｄｇｒｉｄ，ｒｅｖｅｒｓｅＭｏｎｔｅＣａｒｌｏｍｅｔｈｏｄ，ｇｒａｙｌｅｖｅｌｔｒｎＳａｏｒｆｍａｔｉｏｎ
０引言
随着红外成像制导和红外探测技术的迅猛发展，各类武器系统在研制过程中越来越重视对武器装备的红外辐射特性进行分析。近年来，航空航天领域竞
外图像，文献［３］和［４］基于计算流体力学（ｃｏｍｐｕｔａ —
（Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ＆ＣｏｎｔｒｏｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆｔｈｅＲｏｃｋｅｔＦｏｒｃｅｏｆＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ＇ａｎ，７１００２５，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｎａｉｒｃｒａｆｔｇｅｏｍｅｔｒｉｃｍｏｄｅｌｉｓｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｆｏｒｕｎｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｇｉｄｒｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ，ａｎｄｎｕｍｅｉｃｒａｌ

大气散射模型

基于大气散射模型的实时视频去雾方法研究摘要：近年来，我国空气质量大幅下降，导致雾霾天气日渐频繁。

在雾霾天气情况下，大气中存在着很多混浊介质（如，颗粒、水滴等），户外场景的视频图像出现了退化和降质，表现为清晰度和对比度低、色彩失真、细节特征模糊不清等特点。

视频图像的降质退化使得户外视觉系统不能正常发挥效用，降低了工作效率及其可靠性。

例如，在雾霾天气情况下，能见度降低，航拍视频中目标不可见，且色彩及对比度等特征严重衰减，无法满足航拍工作系统的灾害监测预警等后续要求。

因而，在计算机视觉这一领域内，有雾视频的清晰化是一个重要的问题。

本文对雾天视频图像的退化和降质进行了详细的分析，阐述了雾天视频图像降质的原因，研究了国内外研究人员在视频图像去雾方面的成果，分析了各研究人员去雾方法的理论基础和核心技术，在此基础上，详细研究了基于大气散射模型的暗通道先验去雾方法，并且进行改进和完善，作出创新。

本文建立基于大气散射原理的视频图像去雾模型，以暗通道先验去雾方法为基础，用导向滤波进行改进，采用VS2013和Opencv编写去雾算法程序，实现单幅图像去雾，然后进行CUDA加速，使对常用的1920×1080大小的视频图像进行去雾处理的运算速率达到每秒15帧以上，实现实时视频去雾。

最后，将本文的去雾算法与其他算法进行比较，对比不同去雾方法得到的恢复图的效果，以及不同方法的利弊，完善细节，将该算法应用于实际待去雾的视频中。

关键词：图像降质；图像去雾；暗通道先验；大气散射模型第1章绪论1.1 课题研究背景和意义一般情况下，获得清晰的视频图像是户外视觉系统正常工作和发挥效用的前提，因此，它对于天气情况非常敏感。

然而，近年来，我国空气质量大幅下降，多地频繁出现雾霾天气。

雾天条件下，户外场景的视频图像受到严重影响，这是由于大气中存在着许多混浊介质，包括颗粒、水滴等，这些介质会吸收和散射部分可见光，使成像设备接收到的光的强度产生衰减，这导致获取的视频图像产生退化和降质。

可见光大气衰减模型

可见光大气衰减模型1. 引言可见光大气衰减模型是用于描述可见光在大气中传播过程中的衰减情况的数学模型。

在可见光通信、遥感、图像处理等领域中，了解和研究大气衰减对于信号传输和图像质量具有重要意义。

本文将介绍可见光大气衰减模型的原理、应用以及相关研究进展。

2. 可见光大气衰减原理2.1 大气成分对可见光的影响大气主要由氮气、氧气、水蒸汽和其他杂质组成。

这些成分对于不同波长的可见光的吸收和散射特性存在差异，从而导致可见光在大气中传播时发生衰减。

2.2 大气散射模型大气中的微粒会散射入射的可见光，产生散射现象。

根据散射粒子相对于入射波长大小的比较，可以将散射分为Rayleigh散射、米式散射和非选择性散射三种情况。

•Rayleigh散射主要由大气中的氮气和氧气引起，其衰减与波长的四次方成反比。

在可见光范围内，蓝色光的波长较短，受到Rayleigh散射的影响更大。

•米式散射主要由大气中的水蒸汽引起，其衰减与波长的三次方成反比。

在可见光范围内，绿色光的波长较适中，受到米式散射的影响更大。

•非选择性散射是由非常小的粒子引起的，其衰减与波长无关。

2.3 大气吸收模型除了散射外，大气中的水蒸汽和其他杂质还会吸收入射可见光。

吸收系数随着波长增加而增加，在红外、紫外等波段吸收更强烈。

3. 可见光大气衰减模型表达式综合考虑大气中的散射和吸收现象，可以得到可见光在大气中传播时的衰减模型表达式：I=I0⋅e−τ其中，I0为入射光强度，I为出射光强度，τ为大气光学厚度。

大气光学厚度与散射系数和吸收系数有关。

4. 可见光大气衰减模型的应用4.1 可见光通信系统设计可见光通信系统是一种利用可见光进行无线通信的技术。

了解大气衰减模型可以帮助设计和优化可见光通信系统的传输距离、传输速率等参数，提高系统性能。

4.2 遥感数据处理遥感技术利用航空器或卫星获取地球表面的图像和数据，对于农业、环境监测、城市规划等领域具有重要应用。

在遥感数据处理中考虑大气衰减模型可以提高图像质量，准确反映地表特征。

飞机红外辐射特性及其探测技术研究

（ｎｉｅｒｇＣｌｇ，ｉＦｒｎｉｅｒｇＵｉｒｔ，ｉｎ７０３，ｈｎ）ＥｇｅｎｏｅｅＡｒｏｃＥｇｎｅｎｎｖｓｙＸ１０８Ｃｉｎｉｌｅｉｅｉａａ
ＡｂｔａｔＡｃｏｄｎｏＩｒｄａｉｎＳｐｎｉｌｔｅｃｌｕａｉｇｍｅｈｄｏｉｌｎＲｒｄａｉｎｏｈａｉｏｍ— ｓｒｃ：ｃｒｉｇｔＲａｉｔｒｃｐｅ，ａｃｌｔｔｏｆａｒａｅＳＩａｉｔｎｔｅｂｓｓｆｔｏｉｈｎｐｏｅ
ｔｅｃｎｌｓｎ，ｒｂｅｂｕＲｅｅｔｒａｄｐａｅＳＩｔａｔｒｉｃｓｅ．ｈｏｃｕｉｓｐｏｌｍｓａｏｔＩｄｔｃｏｎｌｎＲｓｌｈａｅｄｓｕｓｄｏｅＫｅｒｓｉｆａｅｅｅｔｒｉｒｒｄｒｄａｉｎ；ｌｍｅｐｏｅｌｇｎｚｌｓｉｆａｒｌｎｙｗｏｄ：ｎｒｒｄｄｔｃｏ；ｎａｅａｉｔｆｏｐｕ；ｒｐｌｎｏｚｉｅ；ｋｎｏｉａｅｐ
ｔａｓｓｉｎｉａｎｄＢａｃｌｔｇａｄａａｙｉｇｔｅｄｔｃｅｉｔｎｅｏｅｔｉｌｎ，ｖｉｎｆａｔｈｒｃｅ・ｒｎｍｉｓｓｇｉｅ．ｙｃｌｕａｉｎｎｚｎｅｅｔｄｄｓａｃｆｃｒｎｐａｅｆｅｓｉｃａａｔｒｏｎｌｈａａｉｇｉｎｃｉｉｓｏｉｌｎｆｅａｉｔｎｔａｆｅｃｅｄｔｃｉｇｅｅｔａｅｐｉｔｄｏｔｗｉｈｉｃｕｅｓｅｔｍｈａ — ｓｃｆｒａｅＳｉｒｄｒｄａｉｔｎｕｎｅｔｅｅｔｆｃｒｏｎｅｕ，ｈｃｌｄｐｃｒｔａｐｎａｒｏｈｉｌｈｎｎｕｃａｃｒｔｒｔ，ｉｃｉｎｃａａｔｒｔ，ｌｔｄｈａｔｒｔ，ｅｏｉｈａｔｒｔｎｎｉｅｓａｅｃａａｔｒｔ．ａｅｎｅｉｉｄｒｔｈｒｃｅｓｉａｔｕｅｃａｃｅｉｉｖｌｃｔｃａｃｅｓｉａｄｅｇｎｔｔｈｃｅｉｉＢｓｄｏｓｃｅｏｉｃｉｒｓｃｙｒｉｃｒｓｃ

飞机飞行场景红外成像仿真技术研究

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｖｅｌｏｐｓａｎｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｐｌａｎｅ，ｓｋｙｂａｃｋｇｒｏｕｎｄａｎｄａｎａｔｍｏｓｐｈｅｒｉｃａｔｔｅｎｕ－ａｔｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｕｓｉｎｇＶｅｇａｐｌａｔｆｏｒｍａｎｄｔｈｅｏｒｙｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｐｈｙｓｉｃｓａｎｄｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｎｂｕｉｌｄｓｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｆｏｒＩＲｆｌｉｇｈｔｓｃｅｎｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ．ＵｓｉｎｇｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｗｅｃａｎｇｅｔｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｓｉｍｕｌａｔｅｄＩＲｉｍａｇｅｏｆｐｌａｎｅｗｉｔｈｔｈｅｓｋｙａｎｄｔｅｒｒａｉｎｂａｃｋｇｒｏｕｎｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＩＲＳｃｅｎｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ；ＦｌｉｇｈｔＳｃｅｎｅ；ＩｎｆｒａｒｅｄＲａｄｉａｔｉｏｎＭｏｄｅｌｓ
２飞机飞行场景的红外辐射建模
飞机可供探测和识别的红外辐射源含三个部分：蒙皮、热发动机部件（尾喷管和进气管等）、尾喷流燃烧气体。针对这些辐射源，根据不同部位材料的辐射特性，结合飞行背景的特性，采用红外辐射理论确定飞机及其飞行背景红外辐射强度模
价值。本文尝试利用Ｖｅｇａ场景仿真平台，基于红外
物理和红外辐射理论分析并建立了飞机、天空背景的红外辐射模型、大气对红外辐射的衰减模型等。通过软件实现了飞机目标和天空、地形背景的联合红外成像仿真。经实践，软件具有较强的交互性和面向对象能力，生成的红外场景图象可用于测试红外图像增强、目标识别和目标检测算法，还可用于红外半实物仿真系统的实时场景模拟。

飞机红外辐射特性及其探测技术研究_王超哲

［7 ］［6 ］
则尾焰在空中某一方向上在探测器工作波段的光谱辐射强度为：
2 H s， λR Ip = τa
（ 3）
R 为尾焰至观测点的距离； τ a 为尾焰至观测点式中，的距离 R 形成的透过率。 2． 2 尾喷口红外辐射模型由涡轮盘后面的加力筒形成的热空腔是典型的灰色辐射体，辐射率 ε ≈0 ． 8 ，温度同发动机工作状态有很大关系，额定工作状态的温度要远远小于加力工作状态的温度。热空腔温度可认为是排气温度，其红外辐射在空中某一方向上在探测器工作波段的辐射强度 I t 模型为： It = nεσT4 A t η λ1 － λ2 cosθ π
第 41 卷
第9 期
激光与红外 LASER ＆ INFRARED
Vol． 41 ， No． 9 September， 2011
2011 年 9 月
5078 （ 2011 ） 09099606 文章编号：1001-
·红外技术·
飞机红外辐射特性及其探测技术研究
王超哲，童中翔，芦艳龙，柴栋
（空军工程大学工程学院，陕西西安 710038 ）
T 为热空腔平均温
度； A t 为喷口壁在轴线上的投影面积； n 为发动机台数； θ 为喷口表面法线与探测器光轴之间的夹角，当 It = 0。 θ ＞ 90 ° 时， 2． 3 蒙皮红外辐射模型蒙皮的红外辐射可分为自身辐射和反射环境辐射两部分。由于飞行环境的不确定性，本文的研究先不考虑飞机对太阳辐射的反射。飞机高速飞行时，气动加热使飞机蒙皮温度升其温度分布可以用 FLUENT 软件计算，计算方法高，同上，只是边界条件和尾焰不同。在获取飞机蒙皮根据普朗克定律可以求出尾焰温度场中各点处的光谱辐射度 M λ，从而得到各点的光谱辐射亮度 b， L λ， b。对于空气喷气发动机尾焰辐射，利用传输方程可得到

直升机目标红外辐射特性分析

第４０卷第３期２０１８年６月指挥控制与仿真ＣｏｍｍａｎｄＣｏｎｔｒｏｌ＆ＳｉｍｕｌａｔｉｏｎＶｏｌ４０㊀Ｎｏ３Ｊｕｎ２０１８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：Ｖ２７５１㊀㊀㊀㊀文献标志码：Ａ㊀㊀㊀㊀ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７３⁃３８１９．２０１８．０３．００９㊀ＡｎａｌｙｓｉｓｏｎＩｎｆｒａｒｅｄＲａｄｉａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆＨｅｌｉｃｏｐｔｅｒＬＩＵＧｕａｎ⁃ｘｉｎ，ＹＡＮＧＺａｉ⁃ｑｉｎｇ（ＰＬＡＵｎｉｔ９２４１９，Ｘｉｎｇｃｈｅｎｇ，１２５１０６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｉｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｔａｒｇｅｔｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｈｅｌｉｃｏｐｔｅｒ，ｉｔｓｋｅｙｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆａｉｒｄｅｆｅｎｓｅｗｅａｐｏｎｄｅｔｅｃｔｉｏｎａｎｄｔｒａｃｋｉｎｇ．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２１㊀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㊂２２㊀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㊂２２１㊀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８μｍ１４μｍ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＝１ｎ；ｊ＝１ｍ㊂２２２㊀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３５μｍ波段内，而且分为两部分，一部分是３０μｍ４１５μｍ和４６μｍ５０μｍ，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４１５μｍ４６μｍ，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＝０８０９，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㊂２２３㊀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，３μｍ５μｍ波段和８μｍ１４μｍ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；８μｍ１４μｍ波段红外辐射强度明显高于３μｍ５μｍ波段，说明了机身蒙皮是８１４μｍ波段主要辐射源㊂在水平探测方向上，３μｍ５μｍ波段和８μｍ１４μｍ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，３μｍ５μｍ波段红外辐射强度有非常明显的突变，而整个水平方向上８μｍ１４μｍ波段变化平缓㊂由此可见，尾焰辐射是３μｍ５μｍ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２２４㊀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㊂２３㊀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.。

航空发动机红外辐射特性测试评估技术

本文从试验平台、测试系统、测试方法、误差控制四个方面提出了以发动机试车台为试验平台的红外辐射特性测试方案，并开展了某型发动机红外辐射特性测试，获取了有效数据，研究了红外辐射特征分布，为后续发动机红外特性研究和型号鉴定提供了技术支持。２测试方案２１试验平台
航空发动机红外辐射特性测试方法包括空空编队测试和地面测试两种。空空测试目前采用载机安装红外测量吊舱，将目标飞机、发动机作为一个整体进行红外辐射特性测试；地面测试包括飞机发动机地面开车、移动试车台和露天试车台三种方式。
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇｒｅｓｅａｒｃｈｏｆａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｉｓｔｈｅｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｂａｓｉｓｆｏｒｉｎｆｒａｒｅｄｓｔｅａｌｔｈｄｅｓｉｇｎａｎｄｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｐｌａｎｅａｎｄａｅｒｏｅｎｇｉｎｅＡｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇ，ｔｈｅｐｒｏｊｅｃｔｏｎｔｈｅａｒｅｏｅｎｇｉｎｅｔｅｓｔｂｅｄｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｆｒｏｍｆｏｕｒａｓｐｅｃｔｓｓｕｃｈａｓｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｅｓｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍ，ｔｅｓｔｉｎｇｍｅｔｈｏｄａｎｄｅｒｒｏｒｃｏｎｔｒｏｌＴｈｅｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇｏｆａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｗａｓｃａｒｒｉｅｄｏｕｔａｎｄｔｈｅａｖａｉｌａｂｌｅｄａｔａｗｅｒｅａｃｑｕｉｒｅｄａｓｔｈｉｓｐｒｏｊｅｃｔＴｈｒｏｕｇｈｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇａｎｄｅｖａｌｕａｔｉｎｇ，ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｓｔｈａｔａｅｒｏｅｎｇｉｎｅｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｉｓｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌＫｅｙｗｏｒｄｓ：ａｅｒｏｅｎｇｉｎｅ；ｉｎｆｒａｒｅｄｓｔｅａｌｔｈ；ｉｎｆｒａｒｅｄｒａｄｉａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｔｅｓｔｉｎｇ；ａｒｅｏｅｎｇｉｎｅｔｅｓｔｂｅｄ；ｅｖａｌｕａｔｉｎｇ

大气光学条件对红外遥感的影响研究

大气光学条件对红外遥感的影响研究红外遥感技术在军事、气象、环境监测等领域发挥着重要作用。

然而，大气光学条件对红外遥感的影响不容忽视。

本文将研究大气光学条件对红外遥感的影响，并探讨一些相关的解决方案。

一、大气光学条件的影响因素1. 大气透明度：大气中的气溶胶、颗粒物质和水汽对红外辐射的传播产生吸收和散射，降低了红外辐射的能量传递效率。

因此，大气透明度越好，红外遥感的成像效果越好。

2. 大气湍流：大气中的湍流会导致光束的扩散和失真，从而影响红外遥感图像的清晰度。

湍流的程度与大气层模式、地表条件和气象因素等相关，灰尘暴、风沙天气等都会增加湍流程度。

3. 大气温度和湿度：大气温度和湿度对红外辐射的传播和接收有着重要影响。

温度的变化会导致红外辐射的波长产生漂移，而湿度则会增加红外辐射在大气中的损失。

二、大气光学条件修正方法1. 大气红外响应建模：通过数值计算和建模，将大气光学条件对红外遥感的影响进行定量分析和评估，从而实现对原始数据的修正和校正。

2. 观测数据校正：利用大气辐射传输模型，根据观测时的大气状况，对红外图像进行修正，还原真实的地物信息。

这种方法通常需要获取大气温度、湿度等气象数据，并结合遥感图像特征来进行修正。

3. 多时相遥感数据融合：通过结合不同时间段的遥感数据，利用多时相数据融合算法，减少大气光学条件对红外遥感的影响。

这种方法可以提高红外图像的分辨率和空间覆盖范围。

4. 高光谱技术应用：高光谱技术可以获取红外辐射波段的连续谱段，对大气光学条件的影响进行更为精细的分析和校正。

三、进一步研究方向1. 大气光学条件与红外辐射传输的机理研究，以提高大气光学计算模型的准确性和应用效果。

2. 基于人工智能算法的红外图像去雾技术研究，通过对已知的大气光学条件和红外图像的训练，实现对未知大气光学条件下的红外图像的去雾处理。

3. 大气光学条件对不同类型地表的影响研究，探索不同地表类型在不同大气光学条件下的红外辐射变化规律，为地表目标识别和分类提供更准确的数据支持。

大气红外辐射传输计算模型研究

大气红外辐射传输计算模型研究大气红外辐射传输计算模型是研究大气下红外辐射的传输和相互作用的重要工具。

由于大气中存在各种不同的气体和大量的微小颗粒物质，它们对红外辐射的吸收和散射作用十分复杂，因此需要建立一些计算模型来研究这些现象。

在建立大气红外辐射传输计算模型时，需要考虑的因素有很多，比如大气的压强、温度、气体浓度、水汽含量、云层特征等等。

这些因素对于红外辐射的能量传输和吸收散射过程都有不同的影响，因此需要对它们进行精确的测量和分析。

目前，研究者们已经提出了许多不同的大气红外辐射传输计算模型，这些模型的原理和假设有所不同，也有不同的应用范围和精度。

下面，我们将介绍一些常见的大气红外辐射传输计算模型。

1. MODTRAN模型MODTRAN（MODerate resolution atmospheric TRANsmittance）模型是美国空军研究实验室开发的一种基于大气辐射传输算法的软件工具，它能够计算大气层中的辐射传输和吸收效应。

该模型计算过程中使用了大量的大气参数数据、地球表面特征和红外光谱数据等信息，可以模拟很多实际情况下的辐射传输效应。

2. LBLRTM模型LBLRTM（Line-By-Line Radiative Transfer Model）模型是由美国政府开发的一种大气辐射传输计算模型，它是一种基于线-线辐射传输算法的模型，可用于计算大气中的红外、可见光和紫外线的辐射传输和吸收。

该模型可以对不同气体和微粒对辐射传输的影响进行定量研究，可以成为大气遥感和气候变化研究中的重要工具。

3. MODIS模型MODIS（Moderate Resolution Imaging Spectroradiometer）模型是美国地球观测卫星上搭载的一种观测仪器，它可以获取地球表面的辐射和反射信息，用于研究大气、陆地和海洋等不同环境下的红外辐射传输效应。

该模型结合了多种算法和数据源，能够实现广泛的遥感应用，包括气候变化、空气污染、卫星图像遥感等领域。

临近空间基红外探测隐身飞机尾焰的仿真研究

临近空间基红外探测隐身飞机尾焰的仿真研究沈飞;兰延豪;康戈文;李滚【摘要】针对隐身飞机的识别和跟踪,研究了临近空间平台对隐身飞机尾焰进行红外探测的作用距离及优势.以F22飞机的尾喷管为原型建立尾焰辐射流场模型,获得了尾焰的温度场与压强场,用微观谱带模型柯蒂斯-戈德索(C-G)近似法计算沿任一观测方向尾焰的辐射特性.考虑采用非轴对称喷管、遮挡板、引射技术和气溶胶遮盖等隐身措施,得到了隐身飞机尾焰在不同探测视角下的红外辐射强度.对红外系统作用距离计算模型未考虑背景辐射强度等不足进行改进,修正探测系统作用距离公式,用目标与背景的辐射强度差替代原目标辐射强度,用MODTRAN软件计算出的单位渡数间隔内相应波长下的光谱大气透过率替代大气平均透过率,给出了逐步法求作用距离的流程,并计算出了空间、临近空间和地面不同探测平台对隐身飞机尾焰的红外探测作用距离.结果表明:与其它平台相比,临近空间平台对隐身飞机的探测有更大优势.研究为用临近空间平台对隐身飞机的探测提供了参考.【期刊名称】《上海航天》【年(卷),期】2017(034)001【总页数】7页(P73-79)【关键词】临近空间;隐身飞机;尾焰;红外探测;辐射强度;观测方向;探测距离;大气透过率【作者】沈飞;兰延豪;康戈文;李滚【作者单位】中国航天科技集团公司红外探测技术研发中心,上海201109;上海航天控制技术研究所,上海201109;电子科技大学航空航天学院,四川成都611731;电子科技大学航空航天学院,四川成都611731;电子科技大学航空航天学院,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TN219因越来越多的飞机采用多种隐身技术并可实现超声速巡航，目前多数雷达已无法对其构成足够的威胁，防卫措施也十分有限。

高速飞行中的隐身飞机特别是其发动机尾焰，相对大气环境背景有很强的红外辐射能量。

这就为采用红外探测系统对隐身飞机进行探测和预警提供了重要思路与方法。

基于大气传输模型的动态目标红外成像仿真

基于大气传输模型的动态目标红外成像仿真This model paper was revised by the Standardization Office on December 10, 2020基于大气传输模型的动态目标红外成像仿真张智丰, 李向新, 彭群生（浙江大学CAD&CG国家重点实验室杭州 310027 ）摘要：本文在建立目标热模型的基础上，考虑了红外辐射的大气吸收模型，进而提出了在动态目标红外仿真中大气透射率的计算方法。

利用计算机实现了汽车的三维造型，汽车表面红外辐射的计算，大气衰减量的计算，得到了经过大气衰减的红外模拟热像。

关键词：大气传输；大气透射率；红外辐射；模拟热像The Infrared Signature of a Moving TargetsBased on Atmospheric Propagation ModelingZhang Zhifeng，Li Xiangxin，Peng Qunsheng (CAD&CG State Key Lab. Zhejiang University, Hangzhou 310027)AbstractBased on the thermal model of a target, the atmospheric propagation model of infrared radiation is discussed in this paper. Then, the method of calculating the atmospheric transmission rate is presented. Using solid modeling technique on computer, the infrared radiation, then the atmospheric transmission rate of a car is calculated. As a result, the infrared image including atmosphere transmission is obtained.Keywords: atmospheric propagation, atmospheric transmission rate,infrared radiation, simulating thermal image一、引言红外成像仿真是根据目标的红外辐射特性，采用合适的数学模型，用计算机算出红外目标的热辐射，然后通过量化等手段，将辐射数据转换为亮度来显示的一种技术。