水陆坦克与背景红外辐射特性研究

论文摘要

目标红外辐射特性研究是国内外在红外领域研究的热点之一,在目标探测、精确跟踪与制导等领域具有重要的意义。本文选择了我国最先进的登陆作战水陆坦克为研究对象,针对其中的主要内容进行研究。本文对影响水陆坦克红外辐射特性的一些主要因素进行分析,对水陆坦克与背景的红外辐射特性的建模方法进行了研究,对水陆坦克与背景红外辐射图像的合成方法进行了探讨。本文的工作主要包括以下几个方面:(1)对水陆坦克进行了网格划分根据坦克的几何结构特征,用Delaunay方法实现了水陆坦克表面的非结构化网格的划分,然后用分层的方法实现三棱柱单元的划分。(2)建立了水陆坦克红外辐射特性模型考虑水陆坦克与周围背景之间的换热、水陆坦克自身的内热源影响以及水陆坦克各部分之间的热量传递,在构建水陆坦克的车体温度模型、射击和非射击状态下火炮身管温度的计算模型的基础上,建立了水陆坦克整体温度计算模型,系统地建立了水陆坦克红外辐射特性的分析方法,计算了水陆坦克的整体红外辐射特性。(3)建立了海滩地表背景红外辐射特性模型考虑海滩地表背景吸收的太阳辐射、大气长波辐射、海滩地表的自身辐射、海滩地表与环境间的显热交换和潜热交换等因素对海滩地表背景红外辐射特性的影响,建立了海滩地表的三维温度场和红外辐射计算模型。提出了利用三维温度和红外辐射模型计算复杂地面背景温度和红外辐射特性的简化方法。(4)建立了海洋背景的红外辐射特性模型建立了三维随机海浪的数学模型,并对海浪进行了数值模拟;考虑海面自身的热辐射以及对太阳与大气辐射的反射等因素、建立海面红外辐射的模型,获得了其红外辐射特性热像。(5)提出了水陆坦克的红外热图像和背景红外热图像的生成方法根据计算机图形学的基本原理,建立了水陆坦克红外图像的生成方法。生成了背景和水陆坦克的红外模拟图像。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 图表目录
• 主要符号说明
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的概述及作者的主要工作
• 2 三维温度场的有限单元法分析
• 2.1 导热微分方程和边界条件
• 2.2 三维温度场的有限单元
• 2.2.1 四面体单元
• 2.2.2 三棱柱单元
• 2.2.3 六面体单元
• 2.3 三维温度场方程及变分问题的离散化
• 2.3.1 有限单元法单元分析
• 2.3.2 有限单元法的总体合成及时间差分格式
• 2.4 网格划分
• 2.4.1 Delaunay方法的准则
• 2.4.2 网格生成主要步骤
• 2.4.3 网格划分结果
• 2.4.4 数据结构
• 2.5 本章小结
• 3 水陆坦克红外辐射特性计算分析
• 3.1 水陆坦克结构简化原则
• 3.2 水陆坦克车辆整体温度分布理论模型
• 3.2.1 水陆坦克车体和炮塔的温度分布模型
• 3.2.2 射击状态水陆坦克身管温度场计算模型
• 3.3 坦克整体辐射通量计算模型
• 3.3.1 本身辐射
• 3.3.2 单元表面的反射辐射
• 3.4 计算结果与分析
• 3.4.1 有限元法计算坦克红外辐射特性的技术流程
• 3.4.2 计算结果与分析
• 3.5 本章小结
• 4 海滩地表背景的红外辐射特性
• 4.1 海滩地表背景红外辐射特性模型
• 4.1.1 海滩地表背景红外辐射控制方程
• 4.1.2 边界条件
• 4.1.3 上边界条件的处理
• 4.1.4 裸露地表及植被型地表的相关参数确定
• 4.2 海滩地表红外辐射的计算
• 4.2.1 本身辐射计算
• 4.2.2 地表表面的反射辐射
• 4.3 计算结果分析
• 4.4 本章小结
• 5 海面背景的红外辐射特性
• 5.1 三维随机海浪场的数学描述
• 5.1.1 线性波浪模型
• 5.1.2 三维随机海浪数值模拟
• 5.2 海面红外辐射的计算
• 1'>5.2.1 海面表面本身的热辐射E₁
• 2'>5.2.2 海面反射的天空辐射E₂
• 3'>5.2.3 海面反射的太阳直射辐射E₃
• 5.2.4 海面的阴影遮挡系数的确定
• 5.3 红外图像的生成
• 5.4 本章小结
• 6 水陆坦克与背景红外图象的合成
• 6.1 背景与目标的红外辐射计算模型合成
• 6.2 目标与背景图像的合成
• 6.3 弹目交汇过程的模拟
• 6.4 本章小结
• 7 结束语
• 致谢
• 参考文献
• 攻读博士学位期间所发表的论文