飛機在高空中飛行時,蒙皮會受到太陽輻射、天地背景輻射、地面反射的太陽輻射等復(fù)雜背景輻射照射,當紅外制導(dǎo)探測器對目標進行捕獲時,一方面蒙皮反射環(huán)境背景輻射可以作為探測輻射源,探測器可以追蹤對背景輻射的反射對目標實施打擊;另一方面由于環(huán)境輻射的多變性,飛機對環(huán)境輻射的反射可能成為紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈追蹤目標時的干擾項從而導(dǎo)致目標脫靶等現(xiàn)象。因此,研究飛機的紅外反射特性對于作戰(zhàn)方案的制定與實施、目標紅外識別與跟蹤、紅外制導(dǎo)系統(tǒng)的研發(fā)與實驗等研究具有重要的意義。本文主要對飛機表面紅外反射特性開展研究,為獲得材料表面方向反射特性,首先對飛機材料表面雙向反射分布函數(shù)進行研究,建立Schlick模型和CookTorrance模型兩種雙向反射分布函數(shù)的計算模型,發(fā)現(xiàn)模型中的反射系數(shù)和粗糙度因子是影響雙向反射函數(shù)分布的主要因素;隨后基于隨機慣性權(quán)重微粒群智能算法建立了不同的雙向反射分布函數(shù)(BRDF)模型參數(shù)反演方法,通過對已知文獻中的鋁合金和鈦合金兩種飛機常用金屬表面BRDF分布數(shù)據(jù)進行參數(shù)反演,證明了本文所提出的微粒群智能反演模型的正確性�；谏鲜鼋⒌碾p向反射分布函數(shù)模型,對飛機表面紅外反射特性進行了系統(tǒng)深入的研究。首先,分別采用Catia和GiD軟件完成某型飛機三維幾何模型的構(gòu)建和網(wǎng)格劃分,基于導(dǎo)出網(wǎng)格數(shù)據(jù)建立坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系,結(jié)合反向蒙特卡洛法對某型飛機表面輻射遮擋判斷因子進行仿真計算,編寫自動計算程序調(diào)用MODTRAN軟件得到大氣光譜透過率;然后針對不同飛行場景下飛機表面受到的環(huán)境背景輻射進行計算,發(fā)現(xiàn)飛機表面環(huán)境輻射與飛機的飛行姿態(tài)、所處當?shù)貢r間位置及探測波段有關(guān);最后基于BRDF計算模型對飛機表面反射背景輻射特性進行仿真計算,結(jié)果發(fā)現(xiàn)當計算飛機表面反射特性時采用BRDF模型比漫反射模型更合理,在不同反射角度下,飛機表面的反射輻射分布呈現(xiàn)非一致性。因此,在通過紅外制導(dǎo)武器對目標進行打擊時,需要根據(jù)當?shù)厝掌跁r間位置、探測波段和探測器相對飛機位置合理制定作戰(zhàn)方案。
【學位單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TJ765;V218;TL81
【部分圖文】：

（a）AIM-9X 空空導(dǎo)彈 （b）AIM-9X 空空導(dǎo)彈導(dǎo)引頭圖 1-1AIM-9X 空空導(dǎo)彈及其導(dǎo)引頭飛機在高空中飛行時，蒙皮會受到如太陽輻射、天地背景輻射等環(huán)境輻射。在紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈探測器對目標進行捕獲時，蒙皮對環(huán)境輻射的反射一方面可以作為探測器的輻射源，探測器可以通過追蹤這一部分對環(huán)境輻射的反射對目標實施打擊；另一方面由于飛機空中飛行時在不同的時間和運動狀態(tài)下所受環(huán)境輻射是不同的，這就會導(dǎo)致飛機反射的環(huán)境輻射是一直變化的，此時飛機對環(huán)境輻射的反射便可能成為紅外制導(dǎo)導(dǎo)彈追蹤目標時的干擾項從而導(dǎo)致目標脫靶等現(xiàn)象。因此研究高空作戰(zhàn)飛機目標的反射特性對于作戰(zhàn)飛機紅外隱身與反偵察、作戰(zhàn)方案的制定與實施、目標的紅外識別與跟蹤、紅外制導(dǎo)武器的研發(fā)與實驗等研究具有重要的意義[12, 13]。目前對高空作戰(zhàn)飛機的目標反射特性研究主要有兩種方法，第一種是飛機實際飛行測量的場外實驗方式，第二種是通過計算機數(shù)值計算和模擬仿真的方式[14]。目標飛機場外試驗的方式是通過紅外探測設(shè)備對目標在不同的飛行狀態(tài)、不同的飛行環(huán)境下紅外反射特性進行實際測量，然后將測量得到的目標數(shù)據(jù)進行匯總分

-22-（c）Rastrigrin 函數(shù) （d） Ackley 函數(shù)圖 2-8 標準測試函數(shù)示意圖上圖中四個標準測試函數(shù)全局最小值皆為 0，通過隨機慣性權(quán)重微粒群算法得到的計算結(jié)果見表 2-2，從表中可以看出該算法取得了較好的計算結(jié)果。表 2-2 隨機慣性權(quán)重微粒群算法測試函數(shù)結(jié)果函數(shù)名稱輸出結(jié)果目標函數(shù)值 標準差Sphere121.52 10117.59 10Griewank34.34 1022.28 10Rastrigrin32.40 1022.91 10Ackley55.20 1033.20 102.5 BRDF 模型參數(shù)重建材料表面 BRDF 模型參數(shù)重建屬于輻射傳輸反問題，通過 BRDF 實驗測量平

最終構(gòu)建完成的飛機三維模型和實物對比圖如圖3-3 所示。圖 3-3 飛機三維模型與實物圖對比GiD 是 CIMNE 公司的一款數(shù)值計算仿真前后處理軟件，在流體動力學、傳熱學、力學和電磁學等領(lǐng)域等都具有廣泛的應(yīng)用，具有較強的三維建模、網(wǎng)格劃分、計算后結(jié)果處理等功能，具有有限元方法、有限差分法等計算方法接口。本研究通過GiD進行飛機網(wǎng)格劃分，將三維建模軟件輸出的幾何模型導(dǎo)入 并進行模型修補，隨后進行 Triangle 面網(wǎng)格和 Tetrahedra 體網(wǎng)格的劃分。網(wǎng)格劃分完成后將網(wǎng)格數(shù)據(jù)輸出用于后續(xù)程序計算時的調(diào)用，模型數(shù)據(jù)和網(wǎng)格數(shù)據(jù)見表 3-1。劃分完成的網(wǎng)格圖見圖 3-4。

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本文編號：2808112