专利名称：红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法
技术领域：
本发明涉及红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法，属于高速飞行器红外末制导技术领域。
背景技术：
带有红外成像制导系统的导弹在大气层内高速飞行时，其光学头罩周围存在高温激波层。激波层中的气体密度、温度、组分高度不均勻，并产生强烈的红外辐射，对探测器成像产生热辐射噪声干扰，使得目标图像严重退化，称为气动热辐射效应。气动光学热辐射效应是制约高速空空导弹应用红外成像制导技术实现高精度命中目标的关键问题，需要对其形成机理和校正方法进行深入的研究。
图1给出了气动热辐射效应的风洞测试试验图像。其中的al_a3是透过不同温度 ZnS窗口材料红外图像(温度T = 336K，T = 480K, T = 1600K)，bl_b3不同吹风时间红外图像(吹风时间t = 4秒，2O秒，25秒)。气动光学热辐射效应的研究，目前业界大多学者从分子热运动的角度研究大气热辐射机理，未结合光学传输，不能定量得到高温激波对红外目标成像造成具体波前畸变；而通过对气体介质求解辐射传递方程来研究此问题的学者，多采用统计方法(蒙特卡洛)来解决辐射积分路径问题，需要大量的样本，耗费巨大的计算量，并假定不同方向上的特征射线对此节点射出的谱带辐射强度贡献的权重相同，不能确定专用于红外成像噪声分析时辐射强度计算的积分路径。
发明内容
本发明的目的是是为了解决上述问题，提出一种红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法。红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法，选定LOS路径为沿 CFD网格计算时的辐射积分路径，根据特定研究目标，寻找到热辐射能量传递所依赖的空间方向；把高温气体介质划分为若干等温、等物性的体元，建立离散温度场并计算转化为离散折射率场，利用几何光学光线追迹的方法，寻找光线传播路径，运用动态规划理论证明其为 LOS路径；运用离散传递法计算进入和离开每个单元格网控制体的谱带辐射强度，直至迭代得到光线穿过整体非均勻高温气体介质的总谱带辐射强度，包括以下几个步骤步骤一离散介质建立有限元分析环境；选取尺寸为aXbXc的长方体气体介质，单位为毫米，内温度、折射率分布分别为T(x，y, ζ), η (χ, y, ζ)，气体介质与环境的界面是镜反射半透明界面，对于在三维空间任意连续分布的温度T(x，y，ζ)，把三维气体介质离散为aXbXc个网格，每个网格的尺寸为 ImmX ImmX Imm ；将每个网格的内温度设定为一阶函数，密度和组分各向均勻；当辐射能在网格之间的界面传递时，只考虑折射或全反射；
沿展向方向，即平行于Z轴，垂直于X轴的方向，对每个网格取界面，得到a个二维平面，通过介质离散，所瞄准目标辐射的红外光线穿过三维介质的热辐射噪声获取过程被分解为a个光线穿过二维平面介质的热辐射噪声获取过程；步骤二 光线追迹，寻找LOS路径；设网格单元大小为d，即ImmX Imm ;1-1表示第一行第一列处的节点，1-2表示第一行第二列处的节点，以此类推；Si表示网格名称，Qi表示光线在第Si个网格中的偏移角； Xi表示光线在第Si个网格中的偏移量；节点1-1处对应的温度为T11,节点i-j处温度为 Tij ；1-1节点与2-1节点间的界面以上网格温度由网格上、下左节点的温度值确定T11 (Z)= (T21-T11) z+Tn，界面下网格内的温度取T21 (ζ) = (Τ31-Τ21)ζ+Τ21，ζ为导弹行进反方向;设携能光线初始入射角为θ ^，通过节点1-1后辐射传递轨迹切线方向与传递方向间的夹角为Q1，第k次传递时对应切向角为θ k，第k个拐变点处对应的坐标为(χ，χ(ζ))； 其中，k为光传递轨迹Z方向改变次数；令表示光线平移量，Δ X1=线段X1O, Ax2=^gX2X1,……Δ&=线段XkXk+
用 μ=i>,⑵表示光线的总的实际偏移量； 其中Xi(Z)为每个网格单元中的光线方程，是ζ的函数；对于三维(X，y，ζ)网格中的光线方程，变成沿ζ方向的一维方程；Τ(ζ)表示网格内温度，Ii(Z)表示网格内折射率， θ C1表示进入这个网格的光线初始偏折角，θ表示在这个网格中发生的角度偏折，也是辐射轨迹上点(Zi，X(Zi))处的切向极角，S(Z)表示辐射轨迹路径；一维梯度温度介质，得到光线方程χ = X(Z)为x(z) =
权利要求
1.红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法，其特征在于选定LOS 路径为沿CFD网格计算时的辐射积分路径，根据特定研究目标，寻找到热辐射能量传递所依赖的空间方向；把高温气体介质划分为若干等温、等物性的体元，建立离散温度场并计算转化为离散折射率�。眉负喂庋Ч庀咦芳５姆椒ǎ罢夜庀叽ヂ肪叮擞枚婊砺壑っ髌湮狶OS路径；运用离散传递法计算进入和离开每个单元格网控制体的谱带辐射强度，直至迭代得到光线穿过整体非均勻高温气体介质的总谱带辐射强度；具体包括以下步骤步骤一离散介质建立有限元分析环境；选取尺寸为aXbXc的长方体气体介质，单位为毫米，内温度、折射率分布分别为 T (x, y, ζ), η (χ, y, ζ)，气体介质与环境的界面是镜反射半透明界面，对于在三维空间任意连续分布的温度T(x，y，z)，把三维气体介质离散为aXbXc个网格，每个网格的尺寸为 ImmX ImmX Imm ；将每个网格的内温度设定为一阶函数，密度和组分各向均勻；当辐射能在网格之间的界面传递时，只考虑折射或全反射；沿展向方向，即平行于Z轴，垂直于X轴的方向，对每个网格取界面，得到a个二维平面，通过介质离散，所瞄准目标辐射的红外光线穿过三维介质的热辐射噪声获取过程被分解为a个光线穿过二维平面介质的热辐射噪声获取过程；步骤二 光线追迹，寻找LOS路径；设网格单元大小为d，即ImmX Imm ； 1-1表示第一行第一列处的节点，1-2表示第一行第二列处的节点，以此类推而表示网格名称，Qi表示光线在第Si个网格中的偏移角；&表示光线在第Si个网格中的偏移量；节点1-1处对应的温度为T11,节点i-j处温度为Tij ； 1-1节点与2-1节点间的界面以上网格温度由网格上、下左节点的温度值确定T11(Z) = (T21-T11) z+Tn，界面下网格内的温度取T21(Z) = (T31-T21) ζ+Τ21，ζ为导弹行进反方向;设携能光线初始入射角为θ ^，通过节点1-1后辐射传递轨迹切线方向与传递方向间的夹角为Q1，第k次传递时对应切向角为θ k，第k个拐变点处对应的坐标为(x，x(z))；其中，k为光传递轨迹ζ方向改变次数；令Δ 表示光线平移量，Ax1 =线段 用
2.根据权利要求1所述的红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法，其特征在于所述的长方体气体介质为高温且物性分布高度不均勻的气体介质，尺寸为 64X80X64，单位为毫米。
全文摘要
本发明公开了一种红外成像制导中梯度温度气体介质的热辐射噪声获取方法，包括以下几个步骤步骤一离散介质建立有限元分析环境；步骤二光线追迹，寻找LOS路径；步骤三采用离散传递法迭代获取谱带热辐射强度；步骤四获取热辐射噪声。本发明克服辐射能量对空间方向的依赖性，使对于特定研究目的高温气体辐射问题可数值求解；引入LOS路径为计算梯度温度介质对红外成像形成扰动的热辐射效应的有效积分路径；发展温度梯度场中基于CFD网格的精确光线追迹模型，实现了包含温度函数的光线轨迹方程和辐射轨迹方程；利用辐射离散传递法，得到高温气体热辐射效应获取方法。
文档编号G01J5/06GK102183307SQ20111006435
公开日2011年9月14日 申请日期2011年3月17日 优先权日2011年3月17日
发明者安永泉, 张春晓, 杜磊, 王志龙, 赵剡 申请人:北京航空航天大学
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