[发明专利]一种基于温度测量的用于反演太阳辐照的凸台装置

说明书

本发明涉及一种特殊的凸台模型，通过风速气象仪和温度采集单元采集相应的温度数据和气象环境数据，从凸台不同表面的温度平衡方程出发构建关于太阳辐照参数的超定方程组，通过求解该超定方程组在l₁范数意义下的最优解得到太阳辐照强度的反演结果，用于支撑海洋环境下舰船红外辐射强度的计算。

技术领域

发明提供了一种凸台模型测量方案，用于太阳辐照强度的反演计算及验证，尤其涉及舰船红外特性的测量。

背景技术

由于海上环境工况变化迅速，太阳辐射强度、风速、风向、环境温度会产生瞬时变化，且舰船在海上航行时会有转向、加减速等操作行为，这些因素会导致舰船表面的温度场处于非稳态的瞬时变化状态，造成舰船红外特性计算出现较大误差。对于风速、风向和环境温度，可通过舰船上的已有仪器和设备较为准确地测量得到，若在船上相应位置安装太阳辐照仪，由于船体的频繁晃动，即使配备高精度的陀螺仪也很难保持辐照仪稳定在同一方向，导致测量结果出现较大偏差。现有技术存在的问题主要可总结为：

1.缺少精确的温控装置对凸台模型表面温度进行控制，测量温度的不准确会给计算结果带来较大误差；

2.试验条件受外界影响较大，试验须在较为空旷无遮挡的空地上进行，同时具备较好光照，持续时间较长。

本发明的技术方案，用于太阳辐照强度的反演计算及验证，为计算舰船红外特性提供支撑。模拟舰船表面的局部特征，测试非稳态表面换热的工况下，外界环境变化对表面温度场变化的影响，通过温度数据反演太阳辐射强度，并将计算结果与测试所得结果进行比较，验证算法的可行性。

发明内容

本发明的目的是提供一种凸台模型温度测量方案，使用该方案试验数据对太阳辐照进行反演，并与实测结果进行对比，验证反演算法的可行性和精确度，以支撑舰船红外辐射特性的计算。采用以下技术方案：

一种基于温度测量的用于反演太阳辐照的凸台装置。包括，凸台模型，所述凸台模型为堆叠的立方体，凸台模型具有上凸台和下凸台，上凸台的水平尺寸小于下凸台的水平尺寸；所述凸台装置不同表面设有热电偶作为测点，所述测点位于所处表面的几何中心处，用于模拟舰船表面的局部特征；红外热像仪，配合所述热电偶，用于检测凸台模型在外界对流环境和辐射环境变化下的瞬态温度场；风速仪气象仪和辐射气象仪，用于记录试验过程中的气象环境；还包括，数据采集单元，数据采集单元与所述测点处的热电偶相连，用于记录凸台模型表面温度数据；计算机，与所述红外热像仪通过网线连接，对准凸台模型，用于通过红外软件记录凸台模型的红外辐射图像和温度场变化。

所述堆叠的立方体的个数为2个；所述测点设有13个，布置在所述凸台模型表面。

还提供一种通过所述的凸台装置反演太阳辐照的方法：

第一步，将凸台模型放置于较好光照条件的试验场地，布置好凸台模型各表面测点位置，并与数据采集单元相连；

第二步，架设好红外热像仪并对准凸台模型，通过网线连接热像仪和计算机，用于实时记录凸台模型的红外辐射热像；

第三步，布设风速气象仪和辐射气象仪，记录试验过程中的气象环境变化；

第四步，对于每一个所述凸台模型表面，忽略其相邻面元导热和内部导热，有温度平衡方程：

式中，等号左侧各项依次为面元i接受到的太阳直射辐射得热、太阳散射辐射得热、天空背景辐射得热、对流换热得热及面元对外辐射失热；

如果令未知数分别为x₁,x₂,x₃,上述方程可以表示为：

a₁x₁+a₂x₂+a₃x₃+b＝0