海面目标红外辐射特性.pdf
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1、2023年6 月第8 卷2 期西安交通工程学院学术研究Academic Research of Xian Traffic Engineering Institute海面目标红外辐射特性Jun.2023Vol.8No.2秦娟英(西安交通工程学院陕西西安7 10 30 0)摘要:红外辐射特性是寻找目标的主要依据,目标红外辐射特性的讨论对红外成像的模拟及红外隐身技术等有着重要作用,本文选取海面目标,考虑周围环境辐射对目标辐射影响、目标与环境中空气的对流、目标自身辐射以及目标所划分的面元之间的传导等,利用节点网络法计算了圆柱形目标表面温度分布情况,根据所计算的面元温度场分布对目标表面辐射亮度进行了数值
2、计算,并分析了红外3-5m波段中午12:0 0 目标表面辐射亮度在夏季和冬季的分布情况。结果表明由于夏季太阳辐射强,目标表面辐射亮度值要比冬季大。关键词:海面目标;表面温度;红外辐射中图分类号:TN215文献标识码:AInfrared Radiation Characteristics Of The Ocean TargetQIN Juanying(Xian Traffic Engineering Institute,Xian Shaanxi 710300,China)Abstract:The infrared radiation characteristic is the main basi
3、s for finding the target,The discussion of infrared radiationcharacteristics of the target plays an important role in the simulation of infrared imaging and infrared stealth technology,etc.Thisarticle selects the surface of the target,considering the environment radiation impact on target radiation,
4、target and environment airconvection,the targets own radiation and the conduction between the surface elements divided by the target and so on.The surfacetemperature distribution of cylindrical target is calculated using node network method,and the radiation intensity of target surface iscalculated
5、numerically according to the calculated surface element temperature field distribution.Analyzing target surface radiatebrightness with different seasons in the 35 m waves in summer and winter.The results show that the radiance of the target surfaceis larger than that of the winter,because of the str
6、ong solar radiation in summer.Keywords:the ocean target;the surface temperature;infrared radiation引言近年来随着红外技术的发展,不同类型目标红外辐射特性引起普遍关注,而目标红外辐射特性的深入研究为目标侦察、识别、追踪的问题奠定了技术依据;为目标的隐身设计提供了评估方法,为目标诱饵设计提供复原信息。红外武器的研究以及目标的隐身特性都需要计算目标的红外辐射特性 1。红外探测器识别目标的理论依据就是通过红外特征对比,把目标从背景辐射中分离出来。但由于其背景的红外特征相似性很强并且对二者红外辐射特性的影响
7、因素很多,因此需要对目标、背景红外辐射特性进行充分了解。海军航空工程学院研究了不同天气状况对于红外辐射传播特性的影响 2 ;浙江大学在红外成像仿真方面进行了研究,并对多种环境条件进行红外成像仿真 3。西安电子科技大学作者简介:秦娟英(198 5-),女,讲师,研究生,光学。33在红外辐射方面进行深入研究与探索,针对飞机尾焰红外辐射特性 4 、不同类型目标红外辐射 5、红外图像库 6 7 等方面进行研究,并且取得了较大进展与成果。文献 8 采用工程化计算方法对飞行目标红外辐射特性进行了计算;文献 9 用节点网络法分析了弹道目标的温度分布和变化规律。本文以海面上的目标为例,对目标表面进行面元划分,
8、然后对每一面元建立方程,考虑周围环境辐射一太阳辐射、大气辐射、海面辐射等,面元之间的相互传导以及目标与周围环境的对流换热。实际生活中目标的形状较为复杂,本文将目标简化为圆柱形,对所建立的方程进行求解得出目标表面各面元的温度值,根据各面元温度值进一步对目标的光谱辐射亮度进行了数值计算,并且分析了位于东南沿海地区,夏季和冬季中午12:0 0 目标表面辐射亮度的变化规律。海面目标红外辐射特性相邻边所在的截面称为传导的边界面,面元中点到1目标表面温度其相邻边的垂直距离之和为传导的距离 11。由此可通常情况下,目标与周围环境之间的能量传递得热传导的公式为:以辐射、对流和传导三种形式进行,对于本文所讨元B
9、k,near(k)论的海面上的目标,其与周围环境的能量交换主要near(k)通过前两种方式进行,传导交换方式主要发生在目标相邻面元之间。海面目标所接受的环境辐射有太阳辐射、天空大气辐射、海面辐射,同时目标与周围空气存在对流换热。下面计算背景辐射热量和目标与周围空气交换的热量。1.1 背景辐射1.1.1太阳辐射目标表面任一面元接收到的太阳直接辐射热量为:Qksu式中,为目标表面太阳辐射吸收率;Esun为太阳辐照度;Fit为太阳直接辐射角系数;A.为面元面积。1.1.2大气辐射大气向外放射能量的形式,称为大气辐射。海面目标相对天空距离较远,可近似认为天空相对于目标的张角接近18 0 度,所以大气辐
10、射可看成一个位于上空的无限大的水平平面。目标表面任一面元接收到的天空大气辐射热量为:(2)式中,F2k为天空大气辐射角系数;Esk,为天空大气辐照度(由MODTRAN计算)。1.1.3海面辐射海面作为海面目标的主要环境因素,其辐射特性在目标的红外辐射特性研究中具有重要的作用,海面上的目标接收到的海面辐射由海面自身辐射和海面反射太阳辐射两部分构成。目标表面任一面元接收到的海面辐射热量为 10 :easec式中,为目标表面对海面辐射的吸收率;&sea为海面发射率;F3k为海面辐射角系数;Esea、E s u m分别为海面辐照度、太阳辐照度sea这些量可通过MODTRAN计算得出;A,面元面积。1.
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