[发明专利]一种确定多层隔热材料起伏表面红外辐射的方法

说明书

技术领域

本发明属于一种红外辐射模型的建模方法，具体涉及确定空间环境下航天器起伏表面红外辐射的方法。

背景技术

目前，随着各国航天事业的飞速发展，空间监测与识别技术的研究已经受到越来越多的重视。红外技术是一种常用的空间监测手段，对目标表面红外辐射特性的研究是解决红外探测与识别的前提。作为最重要的空间目标，卫星系统的红外辐射特性分析，已经受到了广泛的重视。国内外许多研究者开展了相关建模、仿真与分析的工作。文献1(韩玉阁,宣益民.卫星的红外辐射特征研究.红外与激光工程,2005,34(1):34-37.)和文献2(张伟清.卫星红外辐射特性研究.南京理工大学,2006)通过建立卫星温度控制方程对温度场进行了求解，并建立了卫星红外辐射通量计算模型。文献3(马伟，宣益民，韩玉阁，李强.长寿命卫星热控涂层性能退化及其对卫星热特征的影响,宇航学报,2010,31(2):568～572.)则进一步给出了卫星表面热控涂层在空间辐照环境下的退化模型，可以预测卫星红外辐射特性在空间环境下的退化结果。

然而，航天器通常用柔软轻便的多层隔热材料进行包裹，从而其表面会形成起伏、褶皱。起伏表面由于各个位置的表面朝向不同，其接收的热流也会有差别；同时，在凹面处还会形成表面相互辐射传热；以上过程会影响卫星的温度场，进而影响卫星表面的热红外特性。为了真实的反映卫星的表面红外辐射特性，起伏表面的形貌模拟和红外辐射计算方法的研究则具有十分重要的意义。但是现有技术当中尚无相关描述。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于空间环境下确定航天器起伏表面红外辐射的方法。

本发明目的的技术解决方案如下：一种确定多层隔热材料起伏表面红外辐射的方法，包括以下步骤：

步骤1、建立随机起伏表面形态特征的生成模型；所述随机起伏表面形态特征的生成模型为：

步骤1-1、给定表面高度均方根σ，二维随机起伏表面高度均方根定义为：

其中，z(x,y)为二维随机起伏表面取样点高度，为二维随机起伏表面取样点高度平均值，N为取样点总数；

步骤1-2、根据表面高度均方根σ生成服从高斯分布的随机序列η(x,y)，η(x,y)～N(0,σ)，并计算其傅立叶变换A(w_x,w_y)；

步骤1-3、根据指数型自相关函数，通过傅立叶变换得到滤波器输出信号的功率谱密度，其中指数型自相关函数R(τ_x,τ_y)为：

R(τ_x,τ_y)＝σ²exp(-2.3((τ_x/β_x)²+(τ_y/β_y)^-2)^1/2)

式中，β_x、β_y分别表示x、y方向上的自相关长度，

滤波器输出信号的功率谱密度G(ω_x,ω_y)为：

同时，确定输入序列η(x,y)的功率谱密度S(ω_x,ω_y)为：

由于输入序列服从高斯分布，则其功率谱密度应为常数，即S(ω_x,ω_y)＝C；

步骤1-4、计算滤波器的传递函数H(w_x,w_y)为：

H(w_x,w_y)＝(G(w_x,w_y)/C)^1/2；

步骤1-5、计算输入序列经过二维滤波器后的输出序列的傅立叶变换：

Z(w_x,w_y)＝H(w_x,w_y)A(w_x,w_y)；

步骤1-6、对Z(w_x,w_y)进行傅立叶逆变换得到表面的高度分布函数z(x,y)；

步骤1-7、再次执行步骤1-1～步骤1-6，生成二级随机起伏表面，第二级表面的高度均方根与第一级的比例为1:50，通过前面所述方法生成不同相关长度和高度均方根的随机表面；