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现代高光谱遥感技术和热红外侦察技术的迅速发展和广泛应用,使得包括士兵在内的各种军事目标受到全方位、全天候和高精度地被侦察的严重威胁。为应对热红外侦察和打击,需对人体进行安全有效、行动方便地伪装防护。目前热红外伪装织物在实际应用中,伪装效果有限且偏厚重、实用性差,其本质是纺织材料在实际穿着时形体分割效应和与背景热像特征融合的不足。为解决此类问题,以满足轻质、柔性、无移动障碍和高效可靠的热红外伪装,本课题针对典型地物植被环境,研究开发热红外伪装织物,用于典型背景下人体的热红外伪装。 本研究主要内容包括:⑴在织物结构和伪装性能设计上,针对人体目标温度一般高于背景温度的情况、以及典型地物植被环境的斑点或斑块红外辐射特征,基于形体分割和与背景融合的原则,设计出采用表面凹凸降温结构和红外辐射性能差异配置的迷彩图案的热红外伪装织物,并对织物的制备和加工工艺做了实用性尝试,以期使织物对人体实现高效的热红外伪装效果。⑵在热红外伪装织物的构成材料上,考虑到织物表面红外发射率的调节方式、纺织加工性和实用性,在测试对比典型材料红外发射率的基础上,联合采用低发射率不锈钢纤维与常规纤维混纺以及织物表面镀银整理两种方式,以期降低织物的红外发射率;采用在织物经纬向植入高收缩涤纶长丝并进行热收缩整理实现织物的表面凹凸结构。织物热红外伪装功能具体通过下述方式实现:结合不锈钢纤维的应用和表面凹凸结构,实现对热红外线的高效反射和散射以及对人体热量的适度隔绝;迷彩染色和表面斑块的选择性镀银整理,实现织物表面迷彩斑块红外发射率的差异配置,以形成对人体热像的形体分割和与背景的融合。⑶在对织物的性能表征上,分别对织物各色斑块的红外发射率进行了测试对比,对织物在恒温热板紧密接触条件、日照条件和典型背景人体实际穿着条件下的红外热像进行了采集、对比分析以及热红外伪装效果的评价;采用高精度温度传感器对热红外光源照射条件下织物各色斑块的温度及其变化曲线进行了实时在线测量。此外,基于迷彩斑块间红外发射率的差值、目标和背景红外辐射温差以及人眼对图像的分辨亮度对比度等阈值条件对热红外伪装织物的伪装效果进行了评价,并提出了织物伪装效果评价的改进方向。⑷对热红外伪装织物的红外辐射性能和伪装性能的测试表明,四种织物的不同颜色斑块间可形成0.06~0.15之间的最大红外发射率差异,这主要归因于织物表面迷彩斑块的选择性镀银整理;不锈钢纤维由于在织物表面呈现单纤维的裸露方式且趋向分布于混纺纱内层而呈现很小的裸露比例,从而对降低混纺织物红外发射率的作用甚微。四种织物在热板紧密接触条件下的红外热像未能呈现与迷彩斑块对应的斑块分割效应,而只呈现与织物表面凹凸位置对应的亮暗相间效应;而在晴天日照条件下织物红外热像均呈现与织物表面迷彩斑块对应的亮暗斑块分割效应;这归因于不同传热机制条件下织物传热和吸热性能的较大差异。四种织物和两种迷彩作训服织物在热红外光源照射条件下的温度变化表明,不同颜色斑块的光热吸收性能存在较大差异,传热平衡后不同颜色斑块间的最大温差均在20~32℃之间。⑸基于三种阈值条件对热红外伪装织物的伪装效果的评价表明,四种织物在无红外辐射热源条件下均能实现较好的热红外伪装效果,而在红外辐射热源条件下由于不锈钢纤维的应用导致织物表面吸热升温显著而无法实现良好的热红外伪装。因此,热红外伪装织物应着重从织物的降温结构和减少吸热升温方面进行改进。⑹基于人眼的分辨能力的季节和背景适应型热红外伪装织物红外发射率的理论计算结果表明,人体温度高于背景温度情况下,对服装表面的红外发射率进行合理配置即可使人体在红外热像观察中不被发现;欲对人体实现良好的热红外伪装,春秋季、夏季和冬季条件下织物的表面红外发射率应分别在0.46~0.86、0~0.62和0.30~0.61之间;各季节的同等温度和背景条件下,人体目标和背景的温差越大,服装或织物所需具有的红外发射率越低,且红外发射率的取值范围随着温差的增大而逐渐降低。⑺热红外伪装织物各种性能的测试结果,均表明在织物设计和性能上取得较大的进展和突破,但有关不同季节和背景条件下实现热红外伪装的理论计算结果的试验验证、织物对人体伪装程度的精确客观评价方法和指标确立以及高效形体分割和与背景融合的织物的设计仍有空间需进一步探索。