[发明专利]一种空间目标表面温度场的校正方法

说明书

本发明公开了一种空间目标表面温度场的校正方法，属于航天技术领域。该方法首先选取处于空间辐射环境的目标作为算例，对算例进行网格划分；然后对划分的网格单元使用有限体积法建立各网格单元对应的热平衡微分方程并做变形操作。对变形的热平衡微分方程中的四个函数项，分别乘以修正系数得到修正方程。最后利用遗传优化算法对修正方程进行优化，得到最优的修正系数；将最优的修正系数值代入修正方程中，作为新的网格单元的热平衡微分方程。使用新的网格单元的热平衡微分方程进行有限体积法计算，得到校正后的空间目标各网格单元的温度场，进而得到目标整体的温度场。本发明具有较高的普适性，提高校正精度，同时不会降低校正速度。

技术领域

本发明属于航天技术领域，涉及一种空间目标表面温度场的校正方法，主要应用于空间红外探测与识别领域的温度场精确计算。

背景技术

现有技术中获得目标红外辐射强度的方法，包括直接测量与仿真计算两种。直接测量时如果目标与探测器的距离过远，精确度难以保证且测量难度较大，而仿真计算相对容易，能够取得满足精确度要求的结果且经济性更好。对仿真计算来说，红外辐射强度多由温度场计算得到，温度场的精度对红外辐射计算的准确度起到至关重要的作用。

在实际工程中，可以在空间目标表面的几个位置进行测温，得到指定位置的瞬时温度值。从而对空间目标的表面温度场进行计算，并用这些实测数据对温度场进行校正，可以使温度场分布的准确性得到提高，更接近实际值，所以对空间目标表面温度场进行校正在红外探测识别领域具有重要意义。

由于空间目标在大气层外作惯性飞行，空气的密度极为稀薄，所以热对流对目标表面温度场分布的影响可以忽略不计，因而在温度计算时只考虑目标与外界空间的辐射热交换；除太阳和地球外，忽略其他星体和宇宙空间与目标之间的辐射换热。因此，使用有限体积法计算目标的温度场，对每个单元建立瞬态热平衡微分方程，包括目标表面接收的各外部空间辐射能量以及目标内部的辐射能量；然后将各部分能量的计算方程代入单元热平衡微分方程，采用泰勒公式进行线性化，整理成只包含一次项的形式，对于导数项则采用向前差分的方法进行线性化。由于体积近似、参数测量误差和参数取值误差等诸多因素，直接用线性化后的方程进行迭代计算，得到的温度场分布结果往往与实际值间存在差别，对于有表面温度测点的空间目标，急需通过温度实测值对计算得到的温度场进行校正，获得与真实在轨状态更接近的温度场分布结果。

并且，在工程实际中，通常会在空间目标表面布置少数温度测点，但由于测点数很少，无法通过测得的温度数据获取完整温度场。

发明内容

为了解决传统有限体积法无法精确获得空间目标温度场的难题，本发明提出一种空间目标表面温度场的校正方法，从数学意义上对热平衡微分方程进行修正。

所述的空间目标表面温度场校正方法，具体步骤如下：

步骤一、选取处于空间辐射环境的目标作为算例，对算例进行网格划分；

网格划分后得到若干网格单元；

步骤二、对划分的网格单元使用有限体积法建立各网格单元对应的热平衡微分方程并做变形操作；

首先，使用有限体积法计算目标的温度场，对每个网格单元建立瞬态热平衡微分方程如下：

Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅＝Q₆+Q₇ (1)