空间微动目标红外辐射特性建模研究

admin · 发表于 2023-10-12 09:58:56

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雅宝题库解析：
弹道导弹中段飞行持续时间长，作用距离远，是弹道导弹防御中各种传感器进行目标探测、识别的重要阶段。因此，建立中段目标模型并预测其在飞行过程中的温度、红外辐射等特性变化，对于光电传感器目标探测与识别、红外传感器设计等具有重要的参考价值。空间目标的红外辐射能量主要由三部分构成：目标自身的辐射能量、目标反射地球的辐射能量和目标反射太阳的辐射能量。在中长波和长波红外波段，目标自身辐射能量通常起主要作用，而目标温度是影响目标自身辐射能量的重要因素，因此，求解目标温度便成为计算目标红外特性的基础。受外热源(太阳、地球)辐射加热、目标外表面辐射散热、目标各组成部分之间的三维导热、目标内表面的辐射换热等因素的共同影响，空间目标的温度随飞行时间呈现非稳态变化。微动是空间目标的重要运动特性，也是影响目标温度与红外辐射特性的重要因素。空间微动目标通常包括进动弹头、翻滚燃料舱、近地周期性轨道目标及超薄介质诱饵目标等。中段弹头目标除质心沿弹道平动外，为维持姿态稳定，在自旋运动的同时，通常自身还绕速度矢量锥旋；废弃燃料舱目标一般存在着翻滚运动；近地周期性轨道目标在环绕地球运动的同时，一般还存在自旋稳定或三轴稳定运动，若飞行器失控时甚至存在翻滚运动。上述各种微运动对目标外表面受太阳、地球辐射加热产生影响，从而影响目标表面的温度；同时，这些运动还影响着目标在传感器方向的投影面积和目标反射外热源的能量，进而影响着目标在传感器方向的总辐射能量。本文依据基本的物理原理，对空间微动目标的时变温度、红外辐射特性进行了建模研究，主要研究工作及贡献如下：(1) 建立了中段目标红外辐射特性的物理数学模型，该模型综合考虑了中段弹头及燃料舱目标的六自由度弹道运动和微运动、目标三维几何建模与剖分、非稳态三维导热计算、目标红外辐射特征计算以及传感器观测几何关系等，可用于预测中段目标的温度及红外辐射特性随时间的变化，有助于分析各种相关参数对中段目标温度及红外辐射特性的影响。(2) 研究了微动特性对空间目标红外辐射特性的影响，解决了考虑外热源对微动目标外表面在一个传热步长时间内加热时的三维导热计算等关键题目，修正了Rodrigues微动模型对旋转轴矢量方向的限制。通过研究微动引起的目标在传感器方向投影面积的变化，以及目标温度随时间的变化关系，得到了投影面积与外表面温度变化是引起目标红外辐射特性变化的两个主要因素的结论。(3) 研究了近地轨道微动目标在绕地过程中的非稳态温度及红外辐射特性变化，重点研究了目标在轨稳定状态、不同的外表面材料发射率对目标温度和红外辐射能量的影响，得到了目标非稳态温度呈现周期性变化、以及材料发射率显著影响目标周期性温度起伏程度的结论。(4) 提出了一种将多层超薄材料等效为单层材料的热物性参数计算方法，从而将超薄多层介质诱饵的三维导热计算题目简化为二维导热题目，降低了剖分复杂度，大大提高了计算速度。该方法基于超薄多层介质目标沿厚度方向温度相同的假设，根据质量与能量守恒原理并结合多层介质材料的热物性及厚度参数，推导了等效单层介质材料的热物性参数。通过对比在不同条件下的目标温度计算值与理论值，验证了方法的正确性。

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