[发明专利]高超声速红外导引头成像仿真系统及方法

说明书

技术领域

本发明属于电子技术领域，更进一步涉及航空航天技术领域中的一种高超声速红外导引头成像仿真系统及方法，可用于准确、简便并完整地模拟高超声速红外导引头全链路成像效果。

背景技术

红外导引头技术是航空航天制导领域的核心技术之一，通常把大气层中飞行速度达到5倍声速以上的飞行器称为高超声速飞行器，而高超声速红外导引头作为一种新型的制导技术，由于具有抗干扰能力强、结构紧凑、机动灵活和可以有效地缩短反应时间等优点，将会成为航空航天制导领域的重要技术手段，并将在该领域得到广泛的应用。通常进行外场试验要消耗大量的人力物力，稳定性和可重复性差，受天气影响较大，而利用计算机搭建仿真平台可以仿真在不同的环境条件和不同的参数设置下的成像效果，可以在实验室条件下实现，方便快捷，节省人力和物力。如何建立准确、简便并完整的高超声速红外导引头成像仿真系统是要解决的首要问题。要解决该问题必须从高超声速红外导引头成像全链路出发，获取高超声速红外导引头的成像物理模型。

目前现有的高超声速红外导引头成像物理模型，包括有激波层流场高温气体对红外导引头光学探测系统主镜面辐射照度计算模型、气动热学效应模型、红外光学头罩在气动热环境下的有限元模型等，这些物理模型主要都是针对红外导引头的光学窗口或激波层流场，无法准确、完整地完成高超声速红外导引头的成像全链路仿真。

哈尔滨工业大学在其拥有的专利技术“一种用于超音速制导的折射式红外光学系统”（申请日：2010.9.20，专利申请号：CN201020535905.6，授权公告号：CN201945744U）中提出了一种不同视场下由于气体密度梯度的变化导致的图像畸变的分析方法。该方法是分析在特定的装置下不同视场的入射光从整流罩的同一位置进入成像系统，从而让不同视场的入射光经过的混合层气体密度梯度是相同的。但是，该方法仍存在的不足是，只考虑了同一位置混合层气体密度对成像的影响，没有考虑到不同位置光的偏折和衰减程度是不同的，其成像的影响效果不够真实、完整。

北京航空航天大学在其拥有的专利技术“一种针对红外成像系统的全数字仿真系统及其仿真方法”（申请日：2011.5.5，专利申请号：CN201110115863.X，授权公告号：CN102184288B）中提出了由仿真成员完成红外成像系统虚拟样机的快速搭建，该仿真系统由仿真平台、仿真成员库、仿真信息表、多个仿真成员和仿真客户端构成，仿真方法具体是构建并注册仿真成员，然后配置仿真过程，再由仿真平台根据仿真过程对仿真成员进行仿真推进。但是，由于该发明的成像物理模型没有考虑到高速飞行器红外成像系统的特点，使得该红外成像系统不够完整。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提出一种高超声速红外导引头成像仿真系统及方法，以对高超声速红外导引头成像进行更加真实和全面的全链路仿真，提供与真实图像相符度更高的图像，提高航空航天制导中目标的探测和识别精度。

为了实现上述目的，本发明的仿真系统包括：

大气层效应仿真单元，用于采集大气参数，仿真大气层热辐射效应，并将仿真结果加载到红外导引头探测的原始场景图中，输出大气层热辐射效应仿真图给激波场效应仿真单元；

激波场效应仿真单元，用于采集激波场参数，仿真激波场的热辐射效应，并将仿真结果加载到大气层热辐射效应仿真图中，输出激波场热辐射效应仿真图给整流罩效应仿真单元；

整流罩效应仿真单元，用于采集整流罩参数，仿真整流罩热辐射效应，并将仿真结果加载到激波场热辐射效应仿真图中，输出整流罩热辐射效应仿真图给光学效应仿真单元；

光学效应仿真单元，用于采集光学系统参数，仿真光学系统的空间效应和能量衰减效应，并将这两种仿真结果加载到整流罩热辐射效应仿真图中，输出光学系统效应仿真图给探测器效应仿真单元；

探测器效应仿真单元，用于采集探测器参数，仿真探测器的信号响应和采样效应，并将这两种仿真结果加载到光学系统效应仿真图中，输出探测器效应仿真图给电路信号处理效应仿真单元；

电路信号处理效应仿真单元，用于采集电路信号处理系统参数，仿真低、高频滤波电路效应，高频提举电路效应和噪声效应，并将这些仿真结果加载到探测器效应仿真图中，输出最终的高超声速红外导引头成像仿真结果图。

为了实现上述目的，本发明的仿真方法包括如下步骤：

（1）划分大气层折射率：