[发明专利]一种低慢小飞行器红外辐射特性计算方法及存储介质

说明书

本发明公开一种低慢小飞行器红外辐射特性计算方法及存储介质，该计算方法采用模块化设计思路实现低慢小飞行器红外辐射亮度、投影面积及红外辐射强度计算功能。采用简化的目标几何模型实现辐射分量及目标投影面积计算，采用目标环境辐射模型实现目标自身辐射亮度及环境辐射亮度计算，采用双向反射分布函数模型实现目标反射环境辐射分量计算。该低慢小飞行器红外辐射特性计算方法建模合理、计算数据可靠，满足实际工程设计需求，能够为针对低慢小飞行器的红外搜索跟踪系统、红外侦察系统等红外热成像设备开展指标论证、项目方案设计、成像系统仿真等方面提供理论依据及数据支撑。

技术领域

本发明属于目标红外辐射特性测量计算技术领域，具体涉及一种低慢小飞行器红外辐射特性计算方法及存储介质。

背景技术

近年来，随着无人航空飞行器技术的快速发展，各类无人飞行器在世界各地的局部冲突中得到广泛应用，展现出强大的威胁力，特别是当前占市场主流具有飞行高度低、飞行速度慢、体积尺寸小等“低慢小”典型特征的多旋翼飞行器，其机身大多采用塑料材质，雷达反射截面小、低空噪声干扰大、速度慢隐身性能好，雷达探测技术难以发挥作用。相对无线电被动探测技术射频数据库、通讯协议难以及时获取或更新；声学探测技术探测距离近、环境嘈杂时虚警高；可见光探测设备无法夜间工作等问题，红外热像仪具有昼夜工作、被动成像、抗干扰性强等特点，在低慢小飞行器反制系统中占据优势，发挥重要作用。

红外热像仪是通过接收目标和背景的红外辐射强度差值产生信号图像，因此对低慢小飞行器的红外辐射特性研究可为红外搜索跟踪系统、红外侦察系统等红外热成像设备进行项目论证、成像仿真、整机设计及试验提供理论依据。

目前国内外针对飞行器的红外辐射特性仿真主要集中在高速的战斗机、高空飞行的攻击飞行器或导弹类目标，它们与低慢小飞行器的红外辐射特性不同主要体现在两个方面。一是由于速度快，机身蒙皮辐射强；二是由于采用涡轮发动机、涡扇发动机或火箭发动机，其尾喷口和尾焰的红外辐射强度大，基本可以忽略外界环境辐射对其影响，因此对这些目标的红外特性分析主要在蒙皮、尾喷口、尾焰这三个方面展开。低慢小飞行器速度慢、功率小，其对周围环境辐射的反射因素不可忽略，目前国内尚无对该类目标开展红外辐射特性理论仿真的文献报道。

中国专利CN112215957A公开一种空中目标红外特性仿真方法，通过三维模型构建软件对目标表面进行网格优化，并通过底层绘图方式实现形体仿真，采用VegaPrime平台对高空高速带尾焰的飞行器开展红外辐射特性模拟。

中国专利CN114676379A公开高超声速巡航飞行器整体红外辐射特性计算方法及装置，包括飞行器弹体温度分布计算、弹体红外辐射特性计算、尾焰流场分布计算、尾焰红外辐射特性计算和整体红外辐射计算五部分。

中国专利CN114219020A公开一种基于多角度序列图像的空间目标参数反演方法，将空间目标用小平面单元表示，建立节点平衡方程，求解目标表面温度分布，基于普朗克定律，采用逆向射线追踪方法计算空间目标红外辐射强度。

上述专利的计算方法，都集中在高速、高空、高功率目标，未考虑低慢小飞行器目标反射环境辐射的影响因素。低慢小飞行器飞行高度低、速度慢、体积小、功率小，其反射周围环境辐射影响红外系统仿真结果或红外探测设备的信噪比。飞行器红外辐射特性数值计算方法一般需运用数量较多的专业软件、建模复杂，运算量大，特别是需要考虑目标对复杂环境的反射辐射时数值仿真困难，因此有必要采用工程计算方法，建立低慢小飞行器红外辐射特性计算模型。

美国中佛罗里达大学光子与光子学学院Nicolette Fudala、Robert Short、Jennifer Hewitt等人在《小型旋翼机无人机红外搜索和跟踪中波与长波强度特征的比较》^[1]中，实测了大疆精灵4Pro型无人机在3μm-5μm波段红外辐射强度，可以作为本发明的计算方法的比较对象。