红外隐身舰船的辐射特征建模与仿真研究

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当今世界各国海军装备迅猛发展,隐身舰船已经成为各国海军舰队的主要作战战力。隐身舰船基于多种隐身手段,降低了在反舰武器探测下的成像与背景成像的差异。由于表面材料发射率的差异,隐身舰船表面辐射组成与普通舰船不尽相同,光学特性的变化使得反射辐射成为隐身舰船辐射管控的重点。通过对不同探测条件及环境条件作用下的隐身舰船进行建模与仿真,研究多种红外隐身技术复合作用下的舰船,能够对舰船的红外探测与反探测提供支持。因此本文进行的研究内容如下:(1)通过对海洋环境辐射情况进行理论建模,基于海洋表层发射率及反射率模型,分析海面白冠泡沫带对光学特性的影响,统计实验数据对辐射特性进行修正。统计海温季节及日变化情况,依托发射率完成本征辐射的建模;使用Modtran完成太阳及天空辐射的计算,得出海洋表面以反射形式散发的辐射能量;辐射传输的末段过程中,利用Modtran软件对大气效应进行计算,完成海洋环境辐射的建模。(2)利用3DSMAX建立舰船三维模型,基于不同材料的舰船温度场及材料发射率数据,完成舰船本征辐射模型的建立。根据隐身舰船表面辐射光照情况,采用Schlick模型对隐身舰船表面反射辐射进行建模,据此分析了表面辐射占比的变化。(3)基于米氏散射理论计算了细水雾的消光、散射系数,通过消光截面及朗伯比尔定律描述细水雾衰减作用,完成了浓度、雾粒半径等参数与透过率的对应。并通过反照率的计算,结合天空、阳光及海面辐射情况,对细水雾作用下的隐身舰船进行了辐射传输建模,并将其与普通舰船进行对比,阐述了细水雾对隐身舰船的特别价值。(4)依托OGRE开源渲染引擎及Direct X底层接口脚本搭设仿真平台,编写CG脚本程序完成辐射特征模型的渲染及显示。利用粒子系统完成细水雾的动态仿真效果,将水雾透过率、水雾区域辐射亮度与水雾纹理透明度、纹理灰度颜色值精确对应,定量化描述细水雾的辐射特征。此外,耦合外界环境辐射对不同探测条件下的隐身舰船进行了仿真,探讨了隐身舰船较优的探测方式。最后,对不同参数及不同环境下的细水雾进行仿真,研究细水雾在不同季节、时刻、风速下对隐身舰船的辐射特征管控变化,完成了隐身舰船辐射链路建模。本文对隐身舰船的建模与仿真,可以为隐身舰船在海洋环境中的辐射特征进行更精确的量化,更加真实地反馈不同环境下实际辐射值的差异,为隐身舰船的探测与反探测技术的发展提供更加强劲的动力。
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