[发明专利]红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法

说明书

技术领域

本发明涉及红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法，属于高速飞行器红外末制导技术领域。

背景技术

带有红外成像制导系统的导弹在大气层内高速飞行时，其光学头罩周围存在高温激波层。激波层中的气体密度、温度、组分高度不均匀，并产生强烈的红外辐射，对探测器成像产生热辐射噪声干扰，使得目标图像严重退化，称为气动热辐射效应。

气动光学热辐射效应是制约高速空空导弹应用红外成像制导技术实现高精度命中目标的关键问题，需要对其形成机理和校正方法进行深入的研究。

图1给出了气动热辐射效应的风洞测试试验图像。其中的a1-a3是透过不同温度ZnS窗口材料红外图像(温度T＝336K，T＝480K，T＝1600K)，b1-b3不同吹风时间红外图像(吹风时间t＝4秒，20秒，25秒)。

气动光学热辐射效应的研究，目前业界大多学者从分子热运动的角度研究大气热辐射机理，未结合光学传输，不能定量得到高温激波对红外目标成像造成具体波前畸变；而通过对气体介质求解辐射传递方程来研究此问题的学者，多采用统计方法(蒙特卡洛)来解决辐射积分路径问题，需要大量的样本，耗费巨大的计算量，并假定不同方向上的特征射线对此节点射出的谱带辐射强度贡献的权重相同，不能确定专用于红外成像噪声分析时辐射强度计算的积分路径。

发明内容

本发明的目的是是为了解决上述问题，提出一种红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法。

红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法，选定LOS路径为沿CFD网格计算时的辐射积分路径，根据特定研究目标，寻找到热辐射能量传递所依赖的空间方向；把高温气体介质划分为若干等温、等物性的体元，建立离散温度场并计算转化为离散折射率场，利用几何光学光线追迹的方法，寻找光线传播路径，运用动态规划理论证明其为LOS路径；运用离散传递法计算进入和离开每个单元格网控制体的谱带辐射强度，直至迭代得到光线穿过整体非均匀高温气体介质的总谱带辐射强度，包括以下几个步骤：

步骤一：离散介质建立有限元分析环境；

选取尺寸为a×b×c的长方体气体介质，单位为毫米，内温度、折射率分布分别为T(x，y，z)，n(x，y，z)，气体介质与环境的界面是镜反射半透明界面，对于在三维空间任意连续分布的温度T(x，y，z)，把三维气体介质离散为a×b×c个网格，每个网格的尺寸为1mm×1mm×1mm；

将每个网格的内温度设定为一阶函数，密度和组分各向均匀；当辐射能在网格之间的界面传递时，只考虑折射或全反射；

沿展向方向，即平行于Z轴，垂直于X轴的方向，对每个网格取界面，得到a个二维平面，通过介质离散，所瞄准目标辐射的红外光线穿过三维介质的热辐射噪声获取过程被分解为a个光线穿过二维平面介质的热辐射噪声获取过程；

步骤二：光线追迹，寻找LOS路径；

设网格单元大小为d，即1mm×1mm；1-1表示第一行第一列处的节点，1-2表示第一行第二列处的节点，以此类推；S_i表示网格名称，θ_i表示光线在第S_i个网格中的偏移角；X_i表示光线在第S_i个网格中的偏移量；节点1-1处对应的温度为T₁₁，节点i-j处温度为T_ij；1-1节点与2-1节点间的界面以上网格温度由网格上、下左节点的温度值确定T₁₁(z)＝(T₂₁-T₁₁)z+T₁₁，界面下网格内的温度取T₂₁(z)＝(T₃₁-T₂₁)z+T₂₁，z为导弹行进反方向；

设携能光线初始入射角为θ₀，通过节点1-1后辐射传递轨迹切线方向与传递方向间的夹角为θ₁，第k次传递时对应切向角为θ_k，第k个拐变点处对应的坐标为(x，x(z))；其中，k为光传递轨迹z方向改变次数；

令Δx_k表示光线平移量，Δx₁＝线段X₁O，Δx₂＝线段X₂X₁，……Δx_k＝线段X_kX_k-1，用表示光线的总的实际偏移量；