基于大氣傳輸模型的動(dòng)態(tài)目標(biāo)紅外成像仿真-在線瀏覽
2025-08-09 02:20本頁(yè)面
【正文】 要：本文在建立目標(biāo)熱模型的基礎(chǔ)上，考慮了紅外輻射的大氣吸收模型，進(jìn)而提出了在動(dòng)態(tài)目標(biāo)紅外仿真中大氣透射率的計(jì)算方法。 關(guān)鍵詞： 大氣傳輸；大氣透射率；紅外輻射；模擬熱像The Infrared Signature of a Moving TargetsBased on Atmospheric Propagation ModelingZhang Zhifeng，Li Xiangxin，Peng Qunsheng(CADamp。紅外成像仿真的理論研究及其實(shí)現(xiàn)，具有強(qiáng)烈的需求和應(yīng)用背景。項(xiàng)目編號(hào)：69873039應(yīng)用，目前已成為國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究機(jī)構(gòu)的重要研究課題。生成一幅與用紅外探測(cè)器得到的信息一致的模擬紅外圖像，涉及以下幾個(gè)步驟：1）由目標(biāo)的物理模型計(jì)算目標(biāo)的紅外輻射分布，即所謂零視距的輻射分布；2）按照目標(biāo)與視點(diǎn)間的大氣條件，計(jì)算目標(biāo)紅外輻射分布經(jīng)過大氣到達(dá)視點(diǎn)過程中的衰減，即大氣衰減；3）模擬紅外探測(cè)器的特性，做光電轉(zhuǎn)換仿真，生成紅外圖像。對(duì)于第二個(gè)步驟，即紅外輻射分布的大氣衰減，討論得相對(duì)較少。二、目標(biāo)的熱模型本文在具體討論中，以汽車的紅外成像為例。對(duì)于行駛中的汽車來說，發(fā)動(dòng)機(jī)是它的重要內(nèi)熱源，而從探測(cè)器測(cè)到的直接輻射是來自于車輛外表的，因此，先要分析汽車的散熱過程。為此，我們將汽車分為車頂、底盤兩大部分，建立汽車的熱模型。任取第個(gè)面元，其熱交換示意圖如圖1所示，其中考慮熱輻射和對(duì)流兩種熱交換。圖1中，面元面積為，溫度為，表面的紅外發(fā)射率為，為入射到面元的能流密度，為由面元出射的能流密度。面元外表面的凈輻射為： （2）為汽車所處位置的環(huán)境溫度。綜合上面的公式，可得到面元在平衡狀態(tài)的能流平衡方程為： （4）式中的形狀因子是一個(gè)關(guān)于兩個(gè)表面微元的曲面積分，計(jì)算較為復(fù)雜，本文采用將其轉(zhuǎn)化為曲線積分的方法，使得問題得以解決。對(duì)于其余面片，則通過熱擴(kuò)散方法來求得其溫度分布。分別考慮了通過金屬結(jié)構(gòu)件傳導(dǎo)的熱量，周圍環(huán)境輻射的能量，環(huán)境空氣的對(duì)流換熱，及其輻射到環(huán)境中的熱量。在本文中僅考慮了太陽(yáng)的輻射，；為由發(fā)動(dòng)機(jī)傳導(dǎo)而來的熱量；為輻射到環(huán)境中的熱量，是發(fā)射率；為對(duì)流的熱量，是對(duì)流換熱因子；為汽車所處的環(huán)境溫度；為底盤表面溫度。為傳導(dǎo)熱阻。由斯蒂芬—波爾茲曼定律和熱平衡方程（6），我們可以得出一個(gè)基于內(nèi)熱源得導(dǎo)熱模型： （9）由于實(shí)際目標(biāo)并不是理想的黑體，而是灰體，此時(shí)用表示目標(biāo)的黑度，它與目標(biāo)表面材料屬性有關(guān)。三、紅外輻射的大氣吸收模型由文獻(xiàn)[2]可知，在對(duì)紅外分子光譜的研究中，已經(jīng)測(cè)得多種分子吸收（發(fā)散）光譜譜線和譜帶的強(qiáng)度及波數(shù)，根據(jù)氣體分子吸收譜線的波數(shù)和強(qiáng)度，可以從理論上計(jì)算大氣傳輸中氣體分子對(duì)紅外輻射的吸收。 將（10）積分，可得
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