[发明专利]一种飞行器目标红外探测仿真成像方法

说明书

本发明公开了一种飞行器目标红外探测仿真成像方法，包括以下步骤：S1、建立无人机三维几何模型，并将无人机外表面划分为若干微元面；S2、计算各微元面接收到的太阳辐射照度和天空辐射照度；S3、基于太阳辐射照度和天空辐射照度，采用热流量平衡方程计算各微元面的温度；S4、将微元面辐射照度投影到探测器像元，实现无人机目标红外辐射成像。本发明将无人机外表面划分为多个微元面，考虑到太阳辐射、天空辐射等综合影响因素，基于热流平衡方程求解各个微元面的温度，提高无人机表面温度计算准确性，进而提高红外辐射照度图像的精度。

技术领域

本发明涉及红外成像仿真领域，尤其涉及一种飞行器目标红外探测仿真成像方法。

背景技术

近年来低空小型四旋翼无人机飞行器目标快速发展，在测绘遥感、生态环境检测、城市安防等方面均有应用。四旋翼无人机目标以锂电池为动力源，带动旋翼快速转动提供升力。由于四旋翼无人机目标飞行速度低，无明显的气动加热效应，电池为主要辐射热源，目标整体红外辐射强度偏弱，对红外探测带了挑战。因此需要建立准确、快速的无人机目标红外成像仿真方法，获取大量仿真红外图像样本数据，支撑基于深度学习方法的目标检测、跟踪、识别。

目前，在红外成像仿真方法方面，侧重对飞机的研究，飞机的尾焰、喷管等部位具有强烈的热源，可基于CFD方法进行温度场仿真，但是四旋翼无人机目标红外辐射较弱，针对小目标的红外特性及红外图像仿真多将其近似于点源目标，忽略其热源分布和成像几何特征，红外图像的获取主要依靠热像仪等红外探测设备，关于四旋翼无人机红外成像方法研究较少。

发明内容

本发明提出了提出一种飞行器目标红外探测仿真成像方法，能够准确、快速的获取不同飞行工况下飞行器目标的红外图像，为飞行器目标检测、跟踪、识别提供数据源。

为了达到上述目的，本发明提出了一种飞行器目标红外探测仿真成像方法，包括以下步骤：

S1、建立无人机三维几何模型，并将无人机外表面划分为若干微元面；

S2、计算无人机外表面接收到的太阳辐射照度和天空辐射照度；

S3、基于太阳辐射照度和天空辐射照度，采用热流量平衡方程计算各微元面的温度；

S4、将微元面辐射照度投影到探测器像元，实现无人机目标红外辐射成像。

进一步地，所述无人机表面微元面接收的太阳辐射照度的计算公式为：

式中，为太阳直射辐射照度；为太阳散射辐射照度；σ为无人机外表面微元面与地面水平面的夹角；ω为太阳入射角；ψ为太阳高度角；为太阳直射辐射照度；为太阳散射辐射照度；I₀为太阳常数，取值1353W/m²；τ为地区透明度；

所述无人机表面微元面接收的天空辐射照度的计算公式为：

式中，cc为云覆盖；c为与云有关的系数，卷云时c取0.04，积雨云时c取0.22，表示天空无云时的大气长波辐射；

式中，ε为地表发射率；a＝0.61，b＝0.05为经验常数；e_a′为近地面水汽压，T_a是近地面气温和相对湿度的函数。

进一步地，所述计算各微元面的温度的方法，包括以下步骤：基于热流量平衡方程计算无人机表面微元面温度分布；对每个微元面，忽略微元面之间的导热，其热流量平衡方程为：

式中，表示外表面微元面与大气对流换热；表示外表面微元面从外界吸收的热量；表示机身外表面微元面向外界散发的热量；