基于相干热辐射的红外隐身原理研究

The project presents a new infrared (IR) stealth principle, which paves the way for a novel thought of IR stealth technology. Different with the conventional theory, the novel principle focus on improving IR stealth performance via optimizing directional emissivity of target surface thermal radiation. However, the target surface is assumed to be diffuse and the thermal radiation directivity is generally ignored in the conventional IR stealth theory. The proposed principle has been proved to be feasible in the research application, which intends to research into the new principle in the following two aspects: 1) explore the impacts of directional emissivity on IR image, particularly analyze different model or parameters and evaluate the corresponding IR images; 2) focus on the mathematical solution of complex physical processes in terms of the optimization methods so as to achieve the fine IR stealth performance. For the purpose, the integrated IR transfer model from target to detector unit and related computational methods are to be established. The improved technical scheme concerning IR stealth is to be presented on the basis of systematically analyzing the IR radiation of aircraft skin.

本项目提出了一种新的红外隐身原理，为红外隐身技术的发展提供了一条新的思路。与传统理论的不同之处在于，它通过对目标表面热辐射的方向发射率进行优化，提高红外隐身性能。而传统的红外隐身研究中，通常对目标表面做漫射面假设，忽视了热辐射的方向性。通过分析，证明了这种新原理在改善目标红外隐身效果上的可行性。本项目从两个方面对此新原理进行深入研究：1）探讨目标的方向发射率对红外成像的影响，侧重于不同模型参数的分析及红外成像结果的评价；2）为达到良好的红外隐身效果，对热辐射方向发射率进行优化的方法，侧重于复杂物理过程数学问题的求解。为此，我们将发展从目标到探测单元的整体红外传输模型和相关计算方法。在此基础上，对某飞机蒙皮的红外辐射进行系统分析，提出红外隐身改良的措施。

本项目旨在探讨目标表面热辐射的方向性对目标红外信号的影响。物体表面的红外辐射一般为准各向同性发射，但随着科技的发展，人为控制材料红外辐射的方向性将变得更加容易。这促使我们进一步思考控制红外辐射的方向性对红外隐身的作用。本项目提出了一个“基于相干热辐射红外隐身方法”的新构思，即通过对目标表面热辐射的方向发射率进行优化，提高红外隐身性能。本项目研究内容主要包括如下几方面： .（1）建立红外辐射传输物理模型。通过对热红外辐射传输过程进行分析，将红外传输过程拆分成多个组成单元，对每个组成单元分别进行建模，发展“从目标到探测单元”红外成像整体定量研究模型和相关计算方法。.（2）研究各向异性发射特性对热红外特征的影响。分析目标表面各向异性发射特性对目标红外信号水平以及红外辐射方向特性、对比特性的影响。在完善探测模型的基础上，结合光线跟踪法和蒙特卡罗法模拟目标红外成像，并成生灰度图。采用灰度图来表征目标红外辐射对比特性，分析发射率的角度分布性对目标红外成像的影响。.（3）建立红外信号水平最优化研究模型。当半球发射率保持不变时，通过优化目标表面方向发射率，计算基于各向异性发射特性最大可实现的信号增强和减弱效果。通过最优化分析，计算求解灵敏度最大值和最小值，并得到对应的方向发射率最优解。.（4）分析目标几何特征和半球发射率对调控效果的影响。以简单几何体和外形复杂的飞机模型为探测目标，分析目标几何特征对灵敏度最值的影响，并研究了不同半球发射率所对应的灵敏度最值和方向发射率最优解。灵敏度最大值和最小值分别反映各向异性发射特性对红外信号最大可实现的信号增强和减弱效果。 .（5）探讨飞机蒙皮各向异性发射特性对飞机红外信号的影响。建立波音747-400简化近似模型，根据其几何外形和温度分布特性，计算蒙皮各向异性发射特性对飞机红外信号水平，以及红外辐射方向特性和对比特性的影响。给出具体的红外隐身优化策略。