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随着现代航空航天技术的不断发展,空间目标扮演着越来越重要的角色,出于国家安全的考虑,对空间目标进行隐身保护和有效识别具有重要意义。而对隐身和识别的研究均建立在对空间目标特性的研究基础上,空间目标的红外辐射特性是目标特征指标中的重要参数,随着探测器精度的不断提高,检测出目标所在位置的背景环境辐射特征已逐渐成为可能,对在一些典型环境下的目标细致光谱红外辐射特性的仿真研究具有重要的实际意义。本文以空间目标中的三轴稳定式卫星和钝头锥导弹弹头为主要研究目标,结合典型背景环境计算分析空间目标的稳态红外辐射特性,并分析环境条件对薄壳封闭式目标红外辐射特性的影响因素和影响程度。本文完成的主要工作如下:
首先,构建了空间目标的运动特性模型,获取了在轨运行卫星以及飞行导弹全过程不同时刻的运行位置和各节点微元面的外法向量。通过微元法计算了目标各节点表面接收到的太阳辐射、地球辐射和地球反射太阳辐射,实现了目标接收的轨道外热流的计算。通过热平衡方程,计算了目标各节点表面的稳态温度和光谱辐射出射度。
其次,根据MODIS陆地、海洋、雪、海冰、云顶温度产品构建了全球温度分布和下垫面类型分布,以此作为 MODTRAN 的输入参数,计算了每个地表微元到达目标的地球辐射辐亮度和地球反射太阳辐射辐亮度。仿真分析了某三轴稳定式卫星和钝头锥导弹的细致光谱红外辐射特性,比较了与传统方法计算得到的目标节点温度等特性。结果表明,卫星向地面的温度绝对偏差最大为29K,地球辐射最大绝对偏差为32.02W/m2,地球反射太阳辐射最大绝对偏差为 198.30W/m2;导弹的整体温度最大偏差为 15K。证明了环境条件、运行位置、运行姿态等条件对目标的红外辐射特性均有影响。
最后,采用控制变量的方式,改变下垫面温度、下垫面种类、大气水分含量、气溶胶种类、太阳入射方向、离地高度等因素,计算了某三轴稳定式卫星向地面在3-5μm、8-14μm波段的积分辐射出射度,并分析了其影响因素和程度。结合具体算例,分析查找了目标向地面辐射出射度对环境条件比较敏感的探测波段。结果表明,针对低发射率、低吸收率卫星的向地面,下垫面温度对目标的反射辐射特性影响较大;下垫面平均反照率对目标的自发辐射影响特性较大,水分含量、气溶胶能见度对红外波段的地球辐射辐亮度影响较小;当下垫面反照率较大时,气溶胶能见度对地球反射太阳辐射辐亮度具有一定影响;太阳入射方向和目标的相对位置关系对目标可以接收到的太阳辐射和地球反射太阳辐射影响显著。
首先,构建了空间目标的运动特性模型,获取了在轨运行卫星以及飞行导弹全过程不同时刻的运行位置和各节点微元面的外法向量。通过微元法计算了目标各节点表面接收到的太阳辐射、地球辐射和地球反射太阳辐射,实现了目标接收的轨道外热流的计算。通过热平衡方程,计算了目标各节点表面的稳态温度和光谱辐射出射度。
其次,根据MODIS陆地、海洋、雪、海冰、云顶温度产品构建了全球温度分布和下垫面类型分布,以此作为 MODTRAN 的输入参数,计算了每个地表微元到达目标的地球辐射辐亮度和地球反射太阳辐射辐亮度。仿真分析了某三轴稳定式卫星和钝头锥导弹的细致光谱红外辐射特性,比较了与传统方法计算得到的目标节点温度等特性。结果表明,卫星向地面的温度绝对偏差最大为29K,地球辐射最大绝对偏差为32.02W/m2,地球反射太阳辐射最大绝对偏差为 198.30W/m2;导弹的整体温度最大偏差为 15K。证明了环境条件、运行位置、运行姿态等条件对目标的红外辐射特性均有影响。
最后,采用控制变量的方式,改变下垫面温度、下垫面种类、大气水分含量、气溶胶种类、太阳入射方向、离地高度等因素,计算了某三轴稳定式卫星向地面在3-5μm、8-14μm波段的积分辐射出射度,并分析了其影响因素和程度。结合具体算例,分析查找了目标向地面辐射出射度对环境条件比较敏感的探测波段。结果表明,针对低发射率、低吸收率卫星的向地面,下垫面温度对目标的反射辐射特性影响较大;下垫面平均反照率对目标的自发辐射影响特性较大,水分含量、气溶胶能见度对红外波段的地球辐射辐亮度影响较小;当下垫面反照率较大时,气溶胶能见度对地球反射太阳辐射辐亮度具有一定影响;太阳入射方向和目标的相对位置关系对目标可以接收到的太阳辐射和地球反射太阳辐射影响显著。