飞机红外辐射及大气透过率计算方法

研究了飞机目标的红外辐射特性,以及红外辐射在大气中的辐射衰减特性.根据现有的理论基础以及飞机自身结构特性,将飞机的红外辐射源分为蒙皮、尾喷口和羽流3部分,并提出了3个辐射源在不同波段、不同角度下的红外辐射特性计算方法.根据红外辐射的大气传输特性,采用了不同波长、不同弹目距离下的大气透过率简易计算方法,并将其与Lowtran7进行比较.计算了飞机在不同波段下,经大气衰减后,最终到达红外探测器的辐射强度.     

空间目标红外特征仿真模型

建立了一种基于三维场景的空间目标红外辐射特征计算模型.模型对多层介质目标进行几何建模与三维剖分,考虑目标微动时太阳和地球对目标加热的影响,计算了目标外表面的辐射散热及内腔壁面元间的辐射换热,在此基础上完成目标的三维导热计算,利用Gauss-Seidel迭代法求解微元体的温度,进而计算了中长波和长波红外波段目标自身的辐射、对外热源的反射以及总的辐射亮度图像和辐射强度曲线.研究表明,无自旋的目标在圆周方向受太阳加热不均,温差显著;自旋使目标圆周方向温差减小,温度分布趋于均匀.     

基于GRECO和射线追踪的介质散射特性计算

在计算介质目标雷达散射特性的众多方法中,图形电磁学和射线追踪技术是计算高频区散射特性的两种有效方法.将两种方法有效地结合:首先通过OpenGL的光照模型和消隐,将介质目标的外形显示在屏幕上,并从缓存区中获取有效像素的颜色分量和位置信息,计算一次散射效应,然后将这些信息作为起始点信息,利用射线追踪技术计算多次散射效应,最后叠加一次、多次散射效应得到总散射特性.对圆柱、球的仿真结果证明了该方法的有效性和可行性.      

武装直升机红外辐射计算中多重遮挡处理

针对武装直升机红外辐射计算中任意方向上可视净面积求取问题,提出了一种基于随机模拟的遮挡处理方法.该方法利用曲面造型方法建立直升机的三维模型,并将其离散为四边形面元,采用翼边拓扑结构描述直升机外形的数学模型.在此基础上,基于可见性测试、深度测试和遮挡测试原理对空间多边形面元进行遮挡判断,求出其遮挡面元集,再利用随机变量的统计方法对该多边形进行遮挡计算,求得净面积.对某型武装直升机和简单形体的计算表明,通过合理划分面元数和选取随机点数, 简单目标计算误差可以控制在5%以内,复杂目标可以控制在工程精度要求内.该方法已应用于武装直升机红外辐射特性计算软件中,应用表明该方法稳定、可靠,适于工程分析.      

基于GRECO的复杂目标多次散射RCS计算

复杂目标多次散射问题对于目标雷达散射截面(RCS,Radar Cross Section)的精确预估具有重要影响.以图形电磁计算(GRECO,Graphic Electromagnetic Lomputing)软件为平台,充分利用其可视化计算的特点,采用像素为基本计算单元,开发了一种多次散射计算方法.通过获取像素几何信息,搜索符合多次散射条件的像素对,并将高频计算方法中的几何光学和物理光学相结合,实现了对发生多次散射的复杂目标RCS可视化计算.应用AUTOCAD软件建立了角反射器和导弹模型,将最终计算结果与参考文献中计算结果进行对比,取得了较为理想的结果,证明了该方法具有很好的工程应用价值.     

太阳同步轨道卫星光学特性

为了分析太阳同步轨道卫星的光学特性,对FY-1卫星的可见光和红外波段光学信号进行了仿真计算和模拟试验验证.通过对外部辐射及内部热源的分析,计算了卫星的温度场,采用随机起伏表面算法模拟表面覆盖材料外表面,通过阴影遮挡判断及双向反射分布函数(BRDF, Bi-directional Reflectance Distribution Function)模型计算卫星对外部辐射的反射特性,编程计算得到在可见光0.4~1.0μm和红外8~14 μm,14~16 μm波段下卫星的光学特性.结果表明红外辐射亮度与表面温度相关,8~14 μm最大约90 W/(m²·sr)、14~16 μm最大约20 W/(m²·sr).空间可见光辐射强度具有明显的镜面反射效应,卫星主体峰值2 200 W/sr.通过地面模拟测量空间目标的温度和红外辐射验证了温度及红外辐射仿真计算模型,可见光辐射强度仿真计算结果与地面模型卫星测量结果误差在20%以内.     

地质构造的三维可视化

地质构造三维可视化可以将地质勘探数据用直观的图形方式显示,是正确认识地质构造的重要手段,从而为油藏描述提供科学的依据.通过根据已知地质数据的三角剖分和插值,建立了地层层面、断面三角网格模型.研究了地质层面、地质整体模型、地质立体剖切和动态模型等多种三维地质模型可视化流程.提出了建立地质立体模型的方法,即由缝合相邻地层层面、相邻断线分别形成的地质体边界面和断层三角形环状曲面,以及顶地层三角网格层面,共同围成三维地质立体模型.在这一过程中,实现了最近邻优先重构、地层层面三角网格模型的外边界闭合圈多边形追踪及平面与三角网格求交线等关键算法.实验结果提供了从整体到局部的多种地质构造显示手段,从而帮助人们准确快速掌握地质构造.      

基于有限体积法和SNBCK模型的红外辐射特性计算

耦合求解流场、组分浓度场、基于SNBCK模型的气体辐射传输/能量方程以求准确模拟飞行器排气系统气动热力及红外特性.窄带模型参数由HITEMP逐线计算数据库计算得到.通过CO₂4.3μm波段吸收率计算,圆柱炉膛辐射换热特性计算两个算例验证了所采用程序求解辐射传输/能量方程的准确性.最后计算了两种二元喷管的红外特性,结果表明大宽高比二元喷管地面和空中状态红外辐射特性差异巨大.     

复杂涂覆目标的角闪烁特性分析

适当的涂覆材料可以使空中目标的后向雷达散射截面缩小,但同时,涂覆材料也会影响角闪烁偏差.为了充分利用涂覆材料的特性,利用图形电磁学和相位梯度法,在高频区对涂覆目标进行了角闪烁特性的建模与计算.鉴于图形电磁学的特色,涂覆目标的角闪烁计算不仅具有可视化特点,而且计算速度快、效率高.利用该方法对两球目标和复杂目标进行了仿真计算,计算结果表明涂覆材料在减小后向雷达散射截面的同时,对角闪烁具有一定的增强作用.      

微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响

计算了微射流强化混合喷流在3~5μm波段的红外辐射特性,并与无微射流强化混合的喷流红外辐射特性进行了比较,分析了微射流强化混合对喷流红外辐射特性的影响.喷流的流场及温度场结果采用有限体积法求解N-S方程得到,采用Tam-Thies湍流模型模拟喷流.红外辐射特性的计算采用有限体积法求解吸收-发射性介质条件下的三维辐射传输方程得到.计算结果表明,在中等亚音速条件下,微射流可以达到较好的强化混合效果,射流流量占主流流量1%时,喷流的红外辐射强度比基准喷流的红外辐射强度降低15%左右,射流流量达到主流流量的3%时,喷流的红外辐射强度可以降低27%左右.     

红外地球敏感器辐射强度在轨数据分析

为了给在轨卫星红外地球敏感器性能评估提供更多参考依据,通过对某颗长期在轨正常运行卫星所配置的红外地球敏感器辐射强度数据进行统计分析,给出辐射强度短期、中期和长期的变化规律,并分析造成这种变化的内在机理.分析结果表明,辐射强度短期与星下点纬度相关且呈周期变化;中期与季节相关且呈周期变化;长期主要与红外地球敏感器自身特性相关呈逐渐衰减趋势.该结果可以作为在轨红外辐射强度判读的依据.     

飞行弹丸红外特性的地面模拟试验

设计并建立了用于飞行弹丸中段飞行状态实验室模拟的试验系统,测量获得了飞行弹丸的红外辐射特性.基于传热与辐射理论,分析了相关参数对实验结果的影响,获得飞行弹丸在一定飞行状态下的辐射特性变化规律.目标的初始温度和辐照条件是影响目标辐射特性的主要因素,自旋状态影响辐射特性的空间分布.试验测量与数值仿真和理论分析结果均具有很好的一致性,证明在实验室开展飞行弹丸的红外辐射特性模拟试验具有可行性.     

巡航导弹红外辐射及大气衰减计算模型

对巡航导弹3个主要辐射源:蒙皮、尾喷管及羽流进行了深入分析,建立了巡航导弹红外辐射计算模型.此外,在红外辐射的大气传输理论基础上,综合考虑高度、倾斜及气象条件等各种因素,分析了大气衰减对红外辐射的影响,建立了大气透过率的理论模型与计算方法.最后,以某型号巡航导弹为例,利用此模型计算了3~5μm和8~12μm两个波段的红外辐射强度、大气光谱透过率和平均透过率,以及经过大气衰减后的红外辐射强度,并对计算结果进行了分析.结果表明,这是一种计算巡航导弹红外辐射的简单方法.      

含非均匀辐射气体空腔辐射特性计算研究

文章发展了求解积分辐射传输方程组的方法来计算充满非均匀辐射性气体封闭腔的辐射特性的方法,讨论了辐射空间分布及光谱分布的计算方法,并编制了相应的计算机程序.计算了某型发动机轴对称喷管的辐射分布,并与采用通常的辐射换热经验公式的计算结果进行了比较.     

基于人工神经网络的红外探测效果评估

红外探测设备是红外系统中的重要组成部分,对其性能评估具有实际意义。分析研究了影响红外探测效果的主要因素,选取环境温度、相对湿度、能见度、辐通量、目标高度和探测距离为评价指标。针对神经网络良好的非线性映射功能及高精度的特点,构建了BP网络评估模型,实验表明,该方法简单有效,评估精度较高,具有很强的实际应用价值。     

Diurnal variation of earth radiation budget components above Africa and the neighboring Atlantic Ocean; Changes between 1983 and 1985, estimated from METEOSAT observations adjusted to ERBS data

METEOSAT observations in the thermal infrared “window” and “water vapor” channels, as well as in the visible channel, reveal diurnal variations over large areas which remain significant in the monthly means. The variations in the infrared correspond to diurnal cycles in the surface skin temperature (over land) and in cloud cover (over both land and sea) at various levels, and they must appear as a more or less significant diurnal variation in the integrated longwave emission to space of the Earth-atmosphere system. The diurnal cycle in the reflected shortwave radiation is influenced by these meteorological variations as well as by the astronomical cycle and the anisotropic reflectance. These must be taken into account in studies of Earth Radiation Budget variations. Using nearly simultaneous and spatially coincident pixel data from the ERBE scanner on ERBS and from METEOSAT in November 1984, we construct provisional transfer functions relating the narrow-band METEOSAT infrared observations to the longwave radiant exitance at the top of the atmosphere. We apply these transfer functions to the METEOSAT ISCCP B2 data sets for the summers of 1983–1985, and compare the resulting longwave radiant exitance estimates, with particular attention to the diurnal variation, which should be relatively insensitive to the inaccuracy inherent in applying the provisional (November 1984) transfer functions to the 1983–1985 data.     

GRECO建模在VC++4.0中的实现机制

GRECO(Graphical Electromagnetic Computing)技术是目前分析高频区复杂目标雷达散射截面(RCS)最有效方法之一.对复杂目标而言,应用GRECO方法的一个重要工作就是对目标的几何造型进行准确地建模,才能获得令人满意的结果.文中结合C-R样条建模理论,阐述了在Windows NT环境下利用VC+ +4.0与OpenGL为GRECO方法进行建模的机制.以标准体与复杂目标为实例,给出了与实验结果符合良好的RCS曲线,具有工程实用价值.      

由地面宇宙线中子强度反演空间质子和重离子的分布

采用线性回归的方法研究了太阳活动平静时期空间高能质子和重离子微分通量与地面OULU宇宙线台站中子强度之间的相关性,利用地面中子强度数据来反演空间高能质子和重离子通量.从质子和重离子的能谱出发,结合OULU台站中子强度的数据,提出了由地面中子强度数据反演空间高能质子和重离子微分通量的新方法.文中以GOES卫星上350～420 MeV,420～510 MeV,510～700 MeV,＞700 MeV(P8～P11)四能道的高能质子和ACE卫星上的元素C为例,并将反演的数据与测量结果比较,二者符合较好.为了探索这种反演方法在空间辐射环境描述中的应用,同时利用2006年11月和12月质子通量的反演结果对反演方法进行了验证,证明利用这一反演方法可以从地面中子强度的数据很好地反演出空间质子和重离子的微分通量.      

通用导弹雷达罩曲面分片展开系统的开发

根据导弹雷达罩频率选择表面（FSS）的设计要求,研究发展了一种通用的雷达罩曲面的分片、展开算法和相关应用软件系统。算法对任意C2连续曲面,以高斯曲率的绝对值对分片面积的积分与曲面总面积的比值作为曲面是否可展的评定参数,并以此为阈值对不可展开外形雷达罩曲面进行近似分片;使用构造十字基带展开法对分片展开为平面形状。在以上算法基础上,首先使用MFC开发了应用程序框架,并采用OpenGL显示雷达罩曲面的分片操作,最后对分片数据输出AutoCAD格式便于分片贴层材料的切割加工。某型非旋成体导弹头罩的算例表明本文发展的导弹雷达罩曲面分片与展开算法有较高的精度,满足工程设计要求。      

Stereoscopic observations of hurricanes and tornadic thunderstorms from geosynchronous satellites

Results are presented to show the application of GOES stereoscopy to the study of hurricanes and tornadic thunderstorms. Stereoscopic cloud top height contour maps were constructed to observe the structural evolution of two hurricanes: Frederic, 12 September 1979 and Allen, 8 August 1980 and a tornadic thunderstorm complex over Oklahoma on 2–3 May 1979. Stereoscopic height contours of Hurricane Allen show a very intense and symmetric storm with a circular shaped Central Dense Overcast (CDO) with an average height of 16.5 km. Height contours of Hurricane Frederic show a preferred region for convection with an explosive exhaust tower reaching a maximum height of 17.8 km. A technique for estimating tropical cyclone intensity using GOES stereoscopic height and infrared temperature information is also presented. Utilizing short interval (3-min) GOES stereoscopic data from 2 May 1979 and 9 May 1979 (SESAME days), cloud top ascent rates were measured and used in determining the intensity of growing convective cells. Results show vertical motions ranging from 4.4 m s^?1 for a moderate storm to 7.7 m s^?1 for an intense storm. These results compare well in magnitude with growth rates determined from simultaneous GOES infrared observations and previous estimates of visual and radar echo top growth rates of other thunderstorms.