天基红外预警卷云和临边背景实时仿真

发布时间：2020-11-12 19:34

　　 天基红外预警系统是导弹防御系统的重要组成部分,预警系统通过不同轨道卫星平台搭载的红外探测器协同工作,实现对目标的探测和跟踪。预警探测过程中,地球临边和卷云背景对红外探测器的成像效果有很大的影响。本文设计编写了天基红外预警成像仿真软件,重点关注2.63μm 2.85μm和4.21μm~4.95μm波段下卷云和地球临边背景的辐射特征,利用卫星和导弹轨道参数可实现预警卫星对导弹助推段和中段过程的实时成像仿真。通过对天基红外预警卫星探测成像过程的仿真,可用于评估红外预警系统的探测性能,提高弹道导弹的突防能力,也可用于红外预警系统设计和改进工作。本文的主要内容包括三个部分:(1)使用Modtran软件计算了地球临边背景的热辐射和辐射透过率参数。分析不同纬度、季节、气溶胶模式和太阳方位对临边辐射特征的影响。(2)利用等效尺度参数和MIE散射理论计算了卷云的单次散射特性,在考虑多次散射的情况下使用双向反射函数对卷云的反射特性进行研究。再结合卷云发射率与光学厚度的关系设计了卷云的辐射计算模型。(3)基于OpenGL图形接口和OSG渲染框架编写了临边和卷云背景下天基红外预警探测器对点目标观测的实时仿真软件,利用STK工具实现导弹卫星的轨道实时计算。建立大气临边背景、卷云的热辐射和反射的仿真渲染模型,结合地球、卷云和大气临边的几何模型,利用预计算纹理的方法实现了在卷云和临边背景下对助推段和中段的实时仿真。
【学位单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2017
【中图分类】：E927;TP391.9
【部分图文】：

第一章 绪论3图1.2 美国导弹预警系统工作方式SBIRS 系统承担监视与跟踪弹道导弹从发射到再入大气层全过程的任务，设计上还具备根据预测导弹弹道、收集导弹情报等功能。系统主要利用红外波段探测目标，各个卫星都配备有扫描型和凝视型红外探测器，高轨道和同步轨道卫星还配备有紫外和可见光探测器。大椭圆轨道的 SBIRS-HIGH 卫星用于探测、识别和跟踪主动段的弹道导弹，主要利用导弹的尾焰辐射特征。工作方式一般为先使用线阵红外传感器对整个地球区域的视场扫描成像，随后使用凝视型窄视场探测器对疑似目标区域探测并进行跟踪[3]。低轨道的 STSS 卫星可以探测助推段、飞行中段甚至到再入段的导弹目标，首先采用扫描性探测器对地表和倾斜视角的临边背景依次成像，针对可疑目标使用窄视场凝视型探测器进行跟踪[4]。由于卫星轨道较低

大气可以按照温度的变化分为四个部分，从下到上分别为对流层、平流层、中间层和热成层。图2.1 大气层垂直分层结构对流层是大气的最底层，受到地面长波辐射的加热作用，对流层中温度随高度升

中低轨道的预警卫星在跟踪导弹目标时，临边背景和深空背景占据了视场的很大部分。其中临边背景的辐射较强，对导弹探测有很大影响。图2.3 临边探测路径以 STSS 卫星的工作方式为例，首先使用线阵传感器，以摆扫的方式的对大视场范围内的临边背景和地球地表背景进行观测，当发现敏感目标时，则使用共平台的窄视场凝视型传感器对目标持续追踪。低轨道卫星的运动速度很快，为了保证对目标的跟踪，STSS 设计上使用多颗卫星接力观测。临边背景除了自身辐射外，根据目标、探测器和地球的几何位置关系，对目标的辐射还存在消光、散射等作用。由于大气的光学参数众多，与地理关系和时间高度相关，本文在计算大气辐射时，一般假定在小片区域内
【参考文献】

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本文编号：2881148