[发明专利]一种舰船尾迹红外仿真方法

权利要求书

1.一种舰船尾迹红外仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：建立开尔文尾迹红外辐射模型；

步骤2：建立热尾迹温度模型；

步骤3：将理论模型渲染成总体海面尾迹红外图像。

2.根据权利要求1所述的一种舰船尾迹红外仿真方法，其特征在于：步骤1所述建立开尔文尾迹模型包括：

步骤1.1：建立平面网格，建立开尔文尾迹几何高度模型，利用GPU并行处理加速计算；

步骤1.2：建立开尔文尾迹偏移纹理及法线纹理，计算并渲染开尔文自身红外辐射仿真图，利用GPU并行处理加速计算；

步骤1.3：基于Cox-Munk模型生成开尔文尾迹微面元反射模型并计算尾迹对天空辐射和太阳辐射的反射。

3.根据权利要求1所述的一种舰船尾迹红外仿真方法，其特征在于：步骤2所述建立热尾迹温度模型包括：

步骤2.1：建立因动力系统对海水搅动产生的热尾迹的模型；

步骤2.2：建立因动力系统的热排水产生的热尾流的模型。

4.根据权利要求2所述的一种舰船尾迹红外仿真方法，其特征在于：步骤1.1所述开尔文尾迹几何高度模型具体为：

z_s(x,y)＝z₀(x+l,y)+z₁(x+l,y)+Cz₀(x-l,y)-Cz₁(x-l,y)

其中C为水的粘滞系数，且有：

其中，z_s(x,y)为开尔文尾迹的波高，l为船长，b为半船宽，d为吃水深度，θ_k为开尔文波传播的方向与x轴正方向的夹角，k₀＝g/V²，g是重力加速度常数，V是船舶在海面上的航行速度。

5.根据权利要求2所述的一种舰船尾迹红外仿真方法，其特征在于：步骤1.2所述建立开尔文尾迹偏移纹理及法线纹理具体为：根据开尔文尾迹几何高度模型将z方向的偏移量制成偏移纹理材质，用法线的定义计算微面元的法线，并将法线制作成纹理材质，法线向量满足：

其中，为法线向量，为高度场对x的偏导，为高度场对y的偏导，X为笛卡尔坐标系下海面上点的坐标，normalize函数是将向量归一化。

6.根据权利要求2所述的一种舰船尾迹红外仿真方法，其特征在于：步骤1.3所述开尔文尾迹微面元反射模型具体为：

其中，是海面微小单元dA的平均反射率，e是海面微小面元辐射的入射方向；f是海面微小面元辐射的反射方向；n是单元海面的法线方向，由步骤1.2得到的法线纹理提供；β是海面微小面元与水平面夹角；θ_e是辐射入射方向e与Z轴的夹角，即方位角；θ_n是海面微小面元法线方向n与Z轴的夹角；是e在XOY平面上的投影与X轴正方向的夹角，即天顶角；在XOY平面上的投影与X轴负方向的夹角；是n在XOY平面上的投影与X轴正方向的夹角；χ是海面微小面元辐射的出射方向e与海面微小面元法线n的夹角。

7.根据权利要求6所述的一种舰船尾迹红外仿真方法，其特征在于：步骤1.3所述尾迹对天空辐射和太阳辐射的反射通过下面公式计算：

M_ref＝ρ_skyM_sky(λ)+ρ_sunM_sun(λ)

其中，M_ref表示接收端探测器接收到反射的环境红外辐射能量，ρ_sky为开尔文尾迹对天空背景辐射的漫反射率，M_sky(λ)为天空背景对开尔文尾迹的辐射能量；ρ_sun为开尔文尾迹对太阳辐射的反射率，M_sun(λ)表示太阳垂直照射在开尔文尾迹的辐射能量，ρ_sky和ρ_sun根据开尔文尾迹微面元反射模型得到。