基于光学和红外特征模拟的植物仿生材料设计制备

植物自身的生理结构和蒸腾作用等生命特征,使其具有独特的光学和红外特征。在光学波段由于叶绿素和水分的共同作用,植物叶片在550,680,1 400和1 900nm等波长附近形成了明显的光谱反射特征变化;在红外波段由于植被蒸腾作用的驱动,使其具备主动调节自身温度的功能,红外特征异于人工材料;基于此提出了一种模拟植物光学和红外特征的仿生材料设计制备方法。在绿色植物光学和红外特性及其形成机理分析基础上,进行了植物仿生材料的组分设计和热传导过程分析,完成了材料传热控制方程建立和结构参数确定。利用水分吸附脱附材料、光学颜料等人工材料,确定了基于光学和红外特征模拟的植物仿生材料制备方法。以聚乙烯醇材料作为植物仿生材料的成型物质和水分吸脱附材料,以铬绿、大分子黄等光学颜料作为材料着色剂,采用化学铸膜方法制备了植物仿生材料薄膜,并进行了实际测试验证。吸脱附测试表明:一定厚度植物仿生材料样品吸附量可达1.3kg·m-2,可满足材料日蒸腾耗水量的要求;光学和红外模拟效果测试表明:植物仿生材料在光学波段(380~2 500nm),特别是1 400和1 900nm波长附近植物水吸收波段)内能够较好模拟植被的光谱反射特性,且具有与绿色植物相似的红外辐射日周期变化趋势,与绿色植物的日平均辐射温差为0.37℃,最大温差0.9℃,其仿生和蒸腾过程模拟效果明显。     

低空红外小目标外场模拟方法研究

阐述了掠海导弹红外特性模拟的意义，通过分析红外成像系统对点源目标探测的影响因素，确定了红外辐射强度、光谱分布、空间分布、运动速度为模拟特征量。以红外辐射、反射理论为基础，研究了模拟特征量估计方法，给出了两种典型模拟器实现方法。     

地面目标动态红外特征模拟与隐身技术的研究

针对易受敌方红外制导武器攻击的地面军事目标,模拟并计算出其红外辐射特征。通过合理的假设,将复杂的三维辐射与对流耦合传热问题简化为一维瞬态传热问题,运用多层有限差分的数值计算方法计算模拟出目标瞬时温度变化方向图,得出其动态红外特征。在此基础之上,分别研究了地面目标不同部位(顶部与侧面)隐身所需要的表面发射率与温差的关系。分析了在不同温差条件下目标隐身所需表面发射率随时间的变化关系。计算模拟得出目标与背景在一日之中都存在明显的温差,最大温差可达10℃左右。分析得出利用水雾隐身使目标与背景的温差控制在2℃以内可达到良好的隐身效果。     

谷物的红外辐射振动流化优化传热传质机理研究

在与工业设备相仿的螺旋提升红外辐射振动流化模拟干燥机与热风固定床中，研究了谷物玉米的干燥特性，分析了物料的干燥动力学的实验规律，阐明了红外辐射振动流化高效、优质优化传热传质的机理。     

一种靶机红外辐射特性增强技术研究

为了在外场试验中检验红外制导武器系统的工作性能,需要使用靶机红外增强装置实现对真实目标红外辐射特性的模拟。介绍了一种利用光学方法实现靶机红外辐射增强和目标辐射特性模拟的技术。使用高亮度红外光源作辐射源,通过对光学系统的控制,在实现红外辐射增强的同时,可模拟不同距离和方向的红外辐射强度特性。通过建模对所模拟目标的红外辐射强度及辐射方向特性进行了分析,并以此为设计依据设计了光学系统。实现了对最大红外辐射强度为1600W/sr的目标辐射方向特性的模拟。     

基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型及其红外场景仿真

为仿真场景景物红外特征和红外高光现象,根据红外成像基本原理改进了计算机图形学中的可见光光照模型,提出了基于Blinn-Phong模型的红外辐照模型,在可见光Blinn-Phong反射模型中引入自发辐射项并考虑场景中各种辐射源与对象表面间辐射能量的传递,使对象表面辐照效果符合相应规律。在仿真实现方面,提出基于几何特征的反射区域辐射能量计算方法,根据景物几何特征确定反射区域,由入射点处的自发辐射和材料在长波波段的漫反射率、镜面反射率以及反射点处的法向量、探测器位置、朝向等信息计算反射点相对探测器的总辐射能量,实现红外高光效果模拟。分析验证了所提出的红外辐照模型和高光效果模拟方法的有效性。     

植物蒸腾作用对红外辐射特征的影响研究

研究植被的红外辐射特征是开展地面军事目标红外伪装与隐身的基础,模拟植被红外特性的形成机理可实现目标与背景的精确融合。叶片蒸腾是植被特有的生理机制,是影响植被红外辐射特征的主要因素之一。通过建立植物叶片的能量平衡物理模型,分析计算出植物蒸腾特性对叶面温度的影响。应用气孔计、红外热像仪实测了樟树、冬青等典型植物叶片的蒸腾作用、叶面温度、红外辐射特征的日周期变化,通过与干枯叶片的对比表明,植物蒸腾作用能够有效调节叶片的能量平衡,控制叶面温度处于合理的范围内,抑制叶片红外辐射特征的深幅变化。     

目标红外迷彩伪装技术研究

随着红外迷彩伪装涂料的出现,利用其对目标红外热图像进行分割,破坏目标图像特征的特点,为目标红外对抗提供了一种新的有效手段.首先,以传热模型为基础,模拟出目标的表面温度,并通过实测得出背景的表面瞬态温度.然后,利用随机生成的方法,生成背景的红外纹理图像.最后,以目标与背景的辐射对比度为基础,对红外迷彩涂料的设计参数进行了优化,分析了红外迷彩涂料的设计参数和图案设计对目标伪装效果的影响,达到了较好的红外伪装效果.     

同态技术在红外图像处理中的应用

针对噪声引起的红外图像对比度的下降,采用同态滤波增强方法对红外图像进行校正,减小了噪声的影响,提高了原图像的对比度和像质,为进一步提取图像中的特征信息打下了良好的基础.通过计算机模拟分析和验证,证实了同态滤波是红外图像对比度增强的有效预处理方法.     

光弹材料载荷过程中红外辐射特征机理的计算分析

基于材料的热力学关系和能量守恒定律,给出弹性体形变过程中红外辐射温度改变量和辐出度变化的物理计算方程.并结合有限元方法进行物理建模,对光弹材料三点弯载荷实验过程中的红外辐射出射度的分布进行数值计算和模拟.结果与实验结果吻合较好,表明模型及其相关理论是合理的,可以用来量化揭示实验中的红外辐射特征.从而得到一种能够利用计算机量化分析固体材料载荷过程中红外辐射特征机理的计算方法.     

飞艇红外探测系统探测高超声速目标性能研究

以X-51A为例,研究了飞艇红外探测系统对临近空间高超声速目标的探测性能。首先,根据飞行器的飞行状态和飞行高度建立了临近空间高超声速目标不同波段的红外辐射特性模型,以及随高度变化的目标背景红外辐射强度模型;其次,综合考虑飞行器与飞艇高度、地球曲率及红外辐射在大气中传播的波段选择性等因素,建立了红外辐射在临近空间大气中传播的透过率模型;在此基础上,建立了飞艇红外探测系统对高超声速目标的探测距离模型。通过仿真得到了临近空间高超声速目标在不同飞行状态下3个波段的红外辐射强度随目标飞行高度变化的曲线,以及飞艇红外探测系统对飞行器在不同飞行状态下3个红外辐射波段的探测能力。研究结果表明:飞艇红外探测系统对高超声速目标的有效探测距离可以达到百公里量级;当飞行器飞行状态一定时,随着飞行器飞行高度的增加,系统对目标的探测距离先增大后减小;与长波波段相比,中短波波段的探测距离更大,并给出了临近空间飞艇应尽量布置在海拔高度大于18 km的高空中的部署建议。     

迎头方向隐身导弹红外辐射特性分析北大核心CSCD

隐身导弹应用红外隐身技术将降低导弹被红外探测系统的发现概率。通过以AGM-158C导弹为参考,对迎头观测方向目标的红外辐射特性,包括目标蒙皮、目标蒙皮反射周围背景和目标尾焰的红外辐射强度进行估算,并与典型亚音速导弹红外辐射特性的数据进行对比分析。分析结果表明:红外隐身技术可以明显降低导弹的中、长波红外辐射,尤其是中波波段的红外辐射;红外探测系统设计时尾焰探测通常选用中波红外探测器,弹体探测通常选用长波红外探测器;隐身导弹采用红外隐身技术将提高导弹的突防能力。     

基于差频中红外激光的痕量气体高分辨光谱检测研究

研究了基于差频光源的高分辨中红外激光光谱检测系统,差频中红外光源使用两台近红外半导体激光器作为种子光源,采用PPLN晶体作为非线性混频器件,结合准相位匹配技术实现了3.2～3.7μm中红外相干光源输出,最大差频输出功率约为1μW.以CH4为例检验了系统的高分辨红外光谱检测特性,选择CH4分子3028.751cm-1 v3基频吸收线作为分析谱线,10cm光程的检测限为0.8ppm.光谱数据分析表明,系统检测限主要受到标准具光学噪音的限制.     

零视距地物长波红外特征场景仿真研究

为仿真地物长波红外场景图像,根据地表温度随时间变化的规律,并结合气象状况、背景材质、热特性参量、热状态等参数,在对太阳辐射、大气长波辐射、大气温度和地表热传导等影响地表温度变化的因素进行分析的基础上,建立了基于热平衡理论和热传导过程的方程。解算出多种常见地表一日之中的温度变化情况,并将其应用于由相同景物可见光纹理图像反演出的相应红外纹理图像中。在考虑景物表面自身发射、反射的辐射计算模型的前提下,生成了具有相似红外纹理细节的地表红外场景。结果表明,该方法可生成接近真实感的红外场景,有效地模拟仿真地物的长波红外特征。     

Infrared radiation characteristics of liquid oxygen/kerosene rocket engine plume with different number of nozzles

A method for calculating the liquid oxygen (LOX)/kerosene rocket engine plume infrared radiation characteristics was proposed, infrared radiation characteristics of the gas oxygen/kerosene model engine were studied by simulation and experiment, and the accuracy of the method was proved. On this basis, studies on infrared spectral radiation characteristics and infrared imaging characteristics of single- and double-nozzle 120?ton thrust LOX/kerosene engine plume were carried out. It is found that, the engine nozzle number can be determined according to infrared imaging characteristics of the engine plume at the appropriate detection angle. Compared to using 2–5?µm band, the infrared radiation imager with clearer plume structure can be obtained using the spectral band such as 2.7 and 4.3?µm bands. The change in the detection angle and the increase in the engine number will have a significant effect on the infrared radiation intensity of the LOX/kerosene engine plume, but they will not change the infrared spectral radiation characteristics.     

红外光学系统内部构件热辐射分析

红外光学系统的内部构件由于呈现于光路之中,其表面热辐射将会通过光学系统到达探测像面而引起背景辐射噪声。本文利用LightTools分析软件对一套折反式红外光学系统内部机械构件的主要表面的热辐射进行了分析,得到了探测像面接收到的热辐射的量级。分析了三种不同的表面反射率的情况,能够用于指导如何进行表面处理和结构设计的改善。