一种水面目标红外特征模拟装置设计

一种水面目标红外特征模拟装置设计

田振杰

（96531部队，河南洛阳 471032）

摘  要：红外成像制导反舰导弹日渐成为战场发展趋势，而围绕红外成像技术的水面目标红外特征模拟技术的研究也日益广泛。本文提出一种利用单元体结构组合形成的水面目标红外特征模拟装置平台，以热气流为加热载体的采用模块组合方式组成温度可控、面积外观可调整的水面舰艇红外特征模拟装置。该装置结构简单、尺寸可变、布设方便，可用于红外成像制导或测量设备仿真、目标模拟、对抗效果检验等用途，具有现实的使用价值。

关键词：单元体结构；红外特征；模拟装置

前言

成像制导技术是光电精确制导技术的重要组成，通常包括电视制导与红外成像制导。红外制导作为一种成熟技术，在战场上使用相当普遍，其显著的作战效能已在最近的几次高技术局部战争中得到充分验证。海上打靶是检验海军武器装备效能的重要手段之一，靶船是其中不可或缺的关键装备。而用于红外制导导弹打靶的靶船，需要在其上根据需要加装载有能够模拟打击对象装备红外特征的模拟装置。

目前已知应用于水面靶船的目标红外特征模拟装置的技术途径比较简单，多采用电热丝回旋缠绕、热阻阵列或锅炉加热等方式，通过改变局部温度影响红外辐射特性，进而模拟目标红外特征。但存在着电阻丝和热阻阵列受热面不均匀、不连续、区域特征不明显；而锅炉加热温度难以精确控制、加热过程长、目标几何特征不易变换等缺点。

为了适应装备科研与建模仿真等实际需要，本文提出一种利用气流作为热传导介质，以单元组合形式构成的目标面源红外特征模拟装置，应用于不同水面目标的红外特征模拟。

1、原理及设计需求

红外成像装置发挥作用必须满足下列条件：

1）适合成像探测器接收的足够强的红外能量，即入射的光辐射波长应与成像装置的工作波长相匹配，入射的红外辐射能量要足够多；

2）目标和背景之间有一定的辐射对比度，用目标和背景的辐射通量表示辐射对比度，为：

CR=（WT - WB）/（WT +WB）

式中：CR表示辐射对比度；

WT，WB分别表示目标和背景单位面积上的辐射通量。

3）待观察的目标在视场中应有足够的大小，即在探测器成像面上要占据一定数量的像素面积且相关几何外形与真实目标接近。

为此，需要红外特征模拟装置提供具有足够温度的加热媒介；在模拟装置表面按照需要敷设具有一定敷设波长范围的涂层；根据使用要求能够控制模拟装置几何形状和外观尺寸大小。而且，实际使用中，目标红外特征模拟装置一般按要求能够架设于靶船或其它浮体平台上，用来模拟舰船机舱、烟囱等具有大幅面源特性的红外辐射特征，设计上还要考虑模拟装置易于安装和架设。

2、装置结构设计

针对现实的应用需求，既要加热方式灵活简单，加热速度快，且加热温度易于控制，同时还要求其安装结构简洁牢固，外观形状调整渐变。基于此，设计一种应用加热单元形成的目标面源红外特征模拟装置，基本思路是利用集中加热的气流在加热单元腔体中的流动实现热能的传递；同时，加热单元表面敷设石墨等材料涂层实现多个加热单元之间的热量均衡，使得整个面源目标的表面温度分布差尽可能减小。

为了实现模拟装置外观的灵活调整，设计采用类似搭积木的思路，以风媒加热的多边形腔体作为加热单元，经连接件连接后形成需要的目标外观形状。加热单元腔体根据需要选择采用方形或六角形蜂窝状，腔体由金属材料制成。多个加热单元一般为同一尺寸，单元表面敷设石墨或其它均匀导热材料。将多个加热单元直接或者通过其它连接件拼装而成为一个更大面积的红外面源体，可以有效的为红外制导导弹打靶提供与舰艇等目标红外特征分布相似的模拟目标。

设计的两种加热单元如图1所示，形成的面源红外特征模拟装置具有结构简单、尺寸灵活可变、加热迅速、表面温度分布均匀、红外辐射均衡等特点，可针对不同应用场景需要进行灵活的组合使用。

图1单元提结构设计

如图2所示，采用正方形加热单元形成的面源目标整体边缘整齐，适用于热成像设备的标定和成像边缘检测等应用。也可以采用蜂窝状加热单元，形成的面源目标结构稳固，适合不规则的大面积面源红外特征模拟。

图2装置组合形态示意

3、装置实现方法

设计的红外模拟装置的基础硬件包括加热腔体、连接件、螺纹旋塞、送风软管、集中加热装置。工作时有如下两个基本步骤：

1.装置定型与连接

在使用时首先应按需要事先设计选择加热单元腔体形状及数量、连接方式等。利用连接件将各个腔体连接成为整体，并固定于脚手架等固定装置。连接送风软管，预留出风口，并将其余通风口利用螺纹旋塞封堵。送风软管集中接在加热器出风口处，形成流动风道，保证加热升温过程。

2.按要求控制装置加热

加热装置送出热风气流，完成模拟装置加热过程。此时可选择在腔体内部表面一侧设置温度传感器，以构成温度的闭环控制，同时可实时监控整个装置的温度分布情况；此外，还可选择无线测温仪在模拟装置外部测量。在装置工作期间，根据所需要温度，控制加热装置送出的热风温度或出风流量。

4、结论

利用加热单元形成的目标红外特征模拟装置具有结构简单、尺寸灵活可变、加热迅速、表面温度分布均匀、红外辐射均衡等优点。各加热单元采用拼接方式连接，可根据具体需求拼接出不同的形状，并且装置加热温度控制方便。布设和撤收迅速，应用成本低廉。可以有效解决当前应用于目标特征模拟装置形式简单，加热面不均匀、不连续、边缘特征不明显、加热温度难以精确控制、加热过程长、空间分布几何特征不易变换等难题。为在战场、试验场、实验室等应用的红外制导导弹性能检验、红外成像设备的内外场标校、检测，实验室物体面源目标红外特征半实物仿真等，提供一种操作简便、成本较低的新型技术手段。此外，从保护目标的意义上说，面红外特征模拟还可以作为传统伪装技术的一种延伸和发展，模拟和保护本方的高价值目标。

参考文献

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