大气及地面红外辐射对高空飞机长波低发射率红外隐身效果的影响

计算分析了蒙皮反射的大气及地面红外辐射对高空飞机采用低发射率材料的红外隐身效果的影响.蒙皮温度采用恢复温度,红外辐射采用反向蒙特卡罗法计算.考虑了夏季和冬季两种典型大气和地面条件,亚声速巡航和超声速巡航两种飞行状态.结果表明:蒙皮对背景红外辐射的反射使得低发射率材料对飞机红外辐射强度的抑制效率降低1.5%~6%;考虑反射的背景红外辐射时,探测距离增加20%~70%;背景红外辐射对低速飞机的红外辐射影响较大,且夏季比冬季更明显;当飞行速度较低时,降低飞机上表面发射率,当飞行速度较高时,降低飞机全部表面的发射率,可获得更好的红外隐身效果.      

飞行器排气系统红外隐身技术探析

针对飞行器排气系统的红外隐身问题,对其红外辐射特性、辐射机理进行了讨论分析,重点探讨了排气系统应用遮挡技术、冷却技术以及低红外发射率技术等几种红外隐身技术的特点和效果,论述了飞行器排气系统红外隐身技术的发展趋势,为飞行器红外隐身设计提供了参考。     

战斗机8~14μm波段红外特征及低发射率材料隐身效果

对某典型战斗机在8~14μm波段范围内的红外积分辐射强度空间分布进行了数值计算,考虑了大气透过率的影响,计算了使用红外搜索跟踪系统对战斗机进行探测时的探测距离,并分析了该战斗机采用低发射率材料后的红外隐身效果.战斗机的流场采用商用Fluent软件进行计算,红外辐射特征及探测距离采用自开发的NUAA-IRSE软件进行计算.计算结果表明:在8~14μm波段,周向角一定时,俯仰角越大红外积分辐射强度越大;俯仰角一定时,周向角越大红外积分辐射强度越大.采用低发射率材料后,战斗机在整个空间方向范围内,其红外积分辐射强度降低,战斗机红外隐身效果提高.      

飞行器表面红外辐射的模型以及红外特征分析(英文)

隐身最重要的技术之一是评估飞行器被红外探测器接收到的红外辐射强度。本文针对飞行器表面红外辐射特征计算的问题提出一个方法。首先通过分析飞行器表面气动加热、发动机热部件等主要热源,建立了CFD计算模型并获得了飞行表面的温度场。并结合反向蒙特卡洛方法建立求解飞行器表面复杂几何外形的红外辐射模型。通过数值模拟,比较了飞行器主要部件在水平和侧向上红外辐射强度所占的比重;并针对飞行器主要部件冷却对红外辐射强度的影响效果进行了研究。计算结果表明:在水平方向降低飞行器头部、垂尾、机翼部件表面温度10K能降低红外辐射强度大于8%;而在侧方向降低飞行器头部、垂尾、机翼部件表面温度10K能降低红外辐射强度小于8%。计算结果可为隐身设计提供参考。     

再入目标红外特性分析及红外特性材料研究

本文分析了再入目标的红外辐射特性及主要影响因素，认为：表征再入目标辐射强弱的物理量主要为再入目标的表面温度、表面积和发射率；表征再入目标材料红外辐射能力的物理量为辐射率（发射率）。进而探讨了高红外发射率材料，认为：几种化合物混合烧结后可在一段连续波段提高材料的红外发射率。     

降低表面温度和发射率抑制排气系统红外辐射的研究

为了降低涡扇发动机轴对称排气系统的红外辐射特征,研究了降低排气系统腔体表面温度和发射率抑制红外辐射的规律。首先通过模拟实验研究了对中心锥进行冷却和涂覆低发射率涂层的红外抑制效果;然后用实验数据对本文使用的红外辐射特征计算方法和程序进行了验证;最后通过数值计算研究了典型尺寸的涡扇发动机排气系统降温和发射率分布对红外辐射特征的影响规律。结果表明：降低中心锥等部件的温度和发射率可明显降低排气系统在α〈15°范围内的红外辐射强度;若中心锥的温度降低100K,中心锥、涡轮和径向稳定器等部件的表面发射率降至0.2,则排气系统尾向的红外辐射强度可降低40%以上,探测距离缩短20%左右。     

低发射率薄膜的红外隐身特性研究

利用磁控溅射法制备了氧化铟锡（ITO）、掺铝氧化锌（ZAO）、TiO2/Ag/TiO2纳米多层等三种透明的低发射率薄膜。研究了这些低发射率薄膜以及降低材料红外发射率对降低红外辐射强度和红外隐身所起的作用。结果表明：降低红外发射率可以有效地抑制由于温度升高所带来的附加红外辐射;低红外发射率薄膜在红外隐身中有潜在应用价值。     

红外隐身涂层及对雷达吸波性能的影响

研究了红外雷达兼容隐身涂层红外发射率及雷达波隐身兼容性的影响因素,包括填料的类型、质量分数及涂层厚度。研究表明,以填充30wt%的HW-3型铝粉为填料,制备的涂层厚度为20μm时,涂层红外发射率达到0.25,能大幅降低材料表明红外辐射温度,且对微波隐身兼容性良好。     

高温低红外辐射表面材料研究进展

高温环境严重影响了军用飞机的红外隐身性能,开展高温低红外辐射表面材料研究成为当前军用飞机隐身研究的重要课题。针对当前高温环境对低红外辐射表面材料的性能要求,介绍了可用于高温环境使用的金属类表面材料、无机氧化物类表面材料和光子晶体类表面材料的研究和发展状况。目前低红外辐射材料在提高材料耐热性能和降低红外辐射率方面距离实际应用仍存在一定差距,涂层制备方法和高温作用对于涂层性能的影响还需要充分研究。有必要在理论基础、制备工艺、耐热性与辐射性的统筹协调等方面开展深入研究。     

空间目标的空基红外测量技术

地基红外测量系统由于受大气衰减和天空背景的影响,对空间目标的探测能力有限。针对此问题,提出了采用空基红外测量系统实现空间目标红外特性测量的设想,通过从决定红外测量系统探测能力的信噪比和调制对比度2个方面出发,推导出了红外测量系统作用距离公式。并利用大气传输软件计算了长波红外在不同高度下的大气透过率、天空背景,理论分析给出了不同高度的空基红外测量系统对不同辐射面积空间目标的探测距离。仿真结果表明,当空基平台高度大于10km时,长波红外不仅可以观测到光照区内的低轨空间目标,而且还可以观测到阴影区内辐射面积不小于40m~2的低轨空间目标。     

Infrared detection,review of existing and future devices

I present the current status of arrays of detectors operating in the 1–200 micron range, restricted to mature devices, and two recent concepts of infrared detection which could lead to future developments.     

Effectiveness of MMW aerosols in defeating a battlefieldsurveillance radar: field demonstration preliminary results

The US Army ERDEC is developing advanced aerosol systems to combat threat surveillance, fire control, and seeker systems operating in the visible, infrared, and millimeter wave portions of the electromagnetic spectrum. One such system is the M56 multispectral smoke generator, which presently operates in the visible and infrared portions of the spectrum; a millimeter wave (MMW) Module is in development to extend the M56 spectral range. This paper documents preliminary results of a field demonstration test of the M56 MMW Module. An MMW instrumentation radar was modified to simulate the scan pattern and radar parameters of a tactical battlefield surveillance radar system. A test grid was populated with both stationary and moving tactical targets, and the radar scanned the grid to simulate a surveillance radar in operation. Once a realistic tactical engagement scenario was developed, MMW aerosols were deployed to demonstrate the impact such aerosols could have on radar detection and classification performance     

Adaptive Tracker Field-of-View Variation Via Multiple Model Filtering

Adaptive estimation using multiple model filtering is investigated as a means of changing the field of view as well as the bandwidth of an infrared image tracker when target acceleration can vary over a wide range. The multiple models are created by tuning filters for best performance at differing conditions of exhibited target behavior and differing physical size of their respective fields of view. Probabilistically weighted averaging provides the adaptation mechanism. Each filter involves online identification of the target shape function, so that this algorithm can be used against ill-defined and/or multiple-hot-spot targets. When each individual filter has the form of an enhanced correlator/linear Kalman filter, computational loading is very low. In contrast, an extended Kalman filter processing the raw infrared data directly and assuming a nonlinear constant turn-rate dynamics model provides superior tracking capability, especially for harsh maneuvers, at the cost of a larger computational burden.     

Advanced Technologies Demonstrated by the Miniature Integrated Camera and Spectrometer (MICAS) Aboard Deep Space 1

MICAS is an integrated multi-channel instrument that includes an ultraviolet imaging spectrometer (80–185 nm), two high-resolution visible imagers (10–20 μrad/pixel, 400–900 nm), and a short-wavelength infrared imaging spectrometer (1250–2600 nm). The wavelength ranges were chosen to maximize the science data that could be collected using existing semiconductor technologies and avoiding the need for multi-octave spectrometers. It was flown on DS1 to validate technologies derived from the development of PICS (Planetary Imaging Camera Spectrometer). These technologies provided a novel systems approach enabling the miniaturization and integration of four instruments into one entity, spanning a wavelength range from the UV to IR, and from ambient to cryogenic temperatures with optical performance at a fraction of a wavelength. The specific technologies incorporated were: a built-in fly-by sequence; lightweight and ultra-stable, monolithic silicon-carbide construction, which enabled room-temperature alignment for cryogenic (85–140 K) performance, and provided superb optical performance and immunity to thermal distortion; diffraction-limited, shared optics operating from 80 to 2600 nm; advanced detector technologies for the UV, visible and short-wavelength IR; high-performance thermal radiators coupled directly to the short-wave infrared (SWIR) detector optical bench, providing an instrument with a mass less than 10 kg, instrument power less than 10 W, and total instrument cost of less than ten million dollars. The design allows the wavelength range to be extended by at least an octave at the short wavelength end and to ∼50 microns at the long wavelength end. Testing of the completed instrument demonstrated excellent optical performance down to 77 K, which would enable a greatly reduced background for longer wavelength detectors. During the Deep Space 1 Mission, MICAS successfully collected images and spectra for asteroid 9969 Braille, Mars, and comet 19/P Borrelly. The Borrelly encounter was a scientific hallmark providing the first clear, high resolution images and excellent, short-wavelength infrared spectra of the surface of an active comet’s nucleus.     

基于局部均值差分的红外小目标图像背景抑制算法

复杂背景条件下红外小目标检测是提高红外武器系统探测距离的有效措施之一。针对小目标的特点提出了一种基于局部均值差分的红外小目标图像背景抑制算法。首先,通过优化的高通滤波进行初始背景抑制;然后,在分析小目标与背景像素差异的基础上检测目标潜在区域;最后,通过局部分割和特征分析实现抑制背景并增强目标。仿真结果表明,对于复杂地物及云层背景的红外图像,所提算法在提高目标信噪比及对比度方面均有较强的稳定性。     

一种基于Curvelet变换的红外图像去噪方法

针对红外图像中目标与背景的对比度差、边缘模糊、纹理信息缺失等特点,提出了一种基于Curvelet变换的红外图像去噪方法。算法原理简单,易于实现,具有较高的实时性。试验结果表明,算法能够有效去除红外图像中的噪声和杂波。     

二元塞式喷管红外特征及壁面降温的红外抑制效果计算

用数值计算的方法研究了涡扇发动机二元塞式喷管在3~5μm波段的红外辐射特性,并与轴对称收扩喷管进行了对比.结果表明:无冷却措施时,相比于轴对称收扩喷管,二元塞式喷管在大部分探测角度上红外辐射增强,只在小部分的探测角度范围内具有红外抑制作用,在窄边探测面内探测角为90°方向上,其红外辐射强度降低了54%.若塞锥后部壁面温度降低300K,二元塞式喷管在大部分探测角度范围内的红外辐射强度明显低于轴对称喷管,在正尾向上的红外辐射强度降低了57%;与轴对称喷管中心锥表面降低相同温度相比,二元塞式喷管能取得更高的红外抑制效果,并且所付出的冷却代价较小.      

用于激光推进的球隙火花开关放电特性的研究

在自行研制的高压球隙火花开关上,研究短间隙下(6 mm)不同工作气压、不同冷却气体速度对开关工作电压范围、延迟时间和抖动时间的影响及规律。结果表明:提高气压能扩大工作电压范围,增加开关的时延;吹气能够降低开关的时延,但增加开关的抖动时间。在本实验条件下,将开关工作气压从1×105Pa提高到2×105Pa,工作电压范围扩大了50%以上,但开关的时延增加了20 ns,抖动增加了10 ns;有气体冷却时开关的延迟时间比起无吹气时要小几十个纳秒。