固定翼飞机地面红外辐射特征测量及分析

王 东，赵 威，邵 铭，成 斌，王 冰，胡琥香



固定翼飞机地面红外辐射特征测量及分析

王 东，赵 威，邵 铭，成 斌，王 冰，胡琥香

（中国洛阳电子装备试验中心，光电对抗测试评估技术重点实验室，河南 洛阳 471003）

固定翼飞机的红外辐射特征研究具有重要意义。利用MODTRAN软件计算大气透过率和程辐射，用8～14mm长波红外测量设备对固定翼飞机进行了红外辐射测量。测量结果表明，地面滑跑阶段固定翼飞机机头、机身、尾翼部分辐射亮度基本接近，且各个方向辐射亮度基本一致；尾喷管附近蒙皮辐射亮度远高于机身辐射亮度；尾焰辐射亮度具有方向性，后向辐射最强。

红外辐射；辐射亮度；固定翼飞机；大气透过率；程辐射

0 引言

随着光电探测技术的发展，目标及背景红外辐射特性已成为国内外重要的研究方向。武器系统论证、研制、检验等均离不开对目标及背景红外辐射亮度、强度等特性的测量分析。各国针对目标及背景红外辐射特性均建立了不同平台的测量系统[1-6]。

固定翼飞机作为现代战争中的一种重要的作战利器，已成为实施攻击及精确打击的主要武器之一。为应对这种威胁，利用固定翼飞机的红外辐射导引地面预警系统实施跟踪锁定，已成为防空领域的重要防御手段。因此，固定翼飞机红外辐射特性研究已成为重要的一个环节。目前，固定翼飞机红外辐射特性的研究主要包括实测和仿真建模。实测研究可以直接获得固定翼飞机的红外辐射特性以及红外热图，是固定翼飞机红外辐射特性研究的重要方法。同时，实测数据也可用于指导理论建模并对理论模型进行校验。近年来，有关固定翼飞机红外辐射特性的研究已有不少报道[7-8]。本文采用8～14mm长波红外测量设备对某型固定翼飞机地面滑跑状态的红外辐射特性进行测量，得到了其不同部位，不同方向的红外辐射亮度，给出了辐射亮度与测试方位关系图，并对其红外辐射特性进行了分析。

1 测量系统及布局

按图1所示布置8～14mm长波红外测量设备和目标机。长波红外测量设备架设在安全距离之外，为了准确获得目标的红外辐射特性，首先在测量前用面源黑体对长波红外测量设备进行标定。标定完成后，目标机在机场跑道滑跑，长波红外测量设备对目标机进行跟踪测量。记录目标的状态信息，包括目标的速度、目标距离、视向角等；记录环境参数，包括测量时间、温度、湿度、压力、风速、风向、能见度等地面常规气象参数等。

图1 测量系统布局

2 定标及数据处理方法

2.1 定标及结果

对长波红外测量设备进行标定，用长波红外测量设备测量不同温度黑体的辐射亮度，得到长波红外测量设备的辐射亮度响应度和其自身偏移值DN0之间的对应关系，定标模型如下[9-11]：

DN＝＋DN0(1)

式中：DN为长波红外测量设备的数码输出值；为辐射亮度响应度；DN0为长波红外测量设备自身光机结构热辐射、散射背景辐射以及探测器暗电流引起的偏移值；为黑体在长波红外测量设备测量波段内的辐射亮度。

标定结果如图2、图3所示。图2给出了长波红外测量设备对50℃黑体的测量结果，图3给出了辐射定标结果，其中横坐标为黑体辐射亮度，W×m－2×sr－1，纵坐标为长波红外测量设备数码输出值DN。

利用最小二乘法对定标结果进行线性拟合，得到长波红外测量设备辐射亮度响应关系为：

DN＝1000×＋4800 (2)

2.2 数据处理方法

测量固定翼飞机红外辐射特性时，大气会造成固定翼飞机辐射的衰减，同时红外测量设备与固定翼飞机之间的大气程辐射又会造成辐射的叠加。因此，红外测量设备对固定翼飞机的辐射测量模型为[8-9]：

DN＝ët＋pathû＋DN0(3)

式中：t为固定翼飞机的辐射亮度；为固定翼飞机与红外测量设备之间的大气透过率；path为固定翼飞机与红外测量设备之间的大气程辐射亮度。其中，大气透过率、大气程辐射亮度path利用MODTRAN大气辐射传输软件计算得到。

由式(3)可反演得到固定翼飞机辐射亮度为：

3 对固定翼飞机测量结果及分析

3.1 测量结果

根据式(4)，为获得固定翼飞机辐射亮度，根据测试期间的大气能见度、温度、湿度、大气压等参数，计算了固定翼飞机和长波红外测量设备之间的大气透过率和程辐射。利用长波红外测量设备辐射定标结果及由MODTRAN计算得到的大气透过率、大气程辐射亮度结果，反演得到了固定翼飞机地面滑跑状态的辐射亮度。图4的极坐标图给出了反演后固定翼飞机各部位的辐射亮度与测试方位之间的对应关系，其中角度表示测试方位与固定翼飞机机头方向的夹角。

3.2 结果分析

1）目标机滑跑阶段速度较低，其蒙皮辐射较低，从测量结果看，机头、机身、尾部、尾翼4部分辐射亮度基本接近，且各个方向的测量结果也基本一致，均略高于背景辐射亮度。

2）目标机在跑道经过一定时间的滑行，机轮部位温度明显升高，成为一个较强的辐射热源区，其辐射亮度高于机身辐射亮度。

图2 对50℃黑体测量图像

图3 标定结果

3）从侧面观测，尾喷管附近蒙皮受到尾喷管及内部发动机的加热，温度很高，呈现出一片高温度区辐射亮度，明显高于机身及背景辐射亮度。

4）从侧前方观测，由于机身遮挡，观测到尾焰辐射较低；从侧面观测，尾焰辐射亮度远高于机身及背景辐射亮度；从尾部观测，尾焰辐射亮度最强，说明尾焰辐射具有方向性。

5）目标机发动机尾焰为高温燃气，受尾焰加热影响，飞机尾焰周围空气温度升高，辐射亮度高于其他背景辐射亮度。

4 结束语

利用8～14mm长波红外测量设备对固定翼飞机进行了跟踪测量，利用MODTRAN大气辐射传输软件对大气透过率和程辐射进行了计算，通过反演得到了固定翼飞机各部位在地面滑跑状态的辐射亮度。经分析，对固定翼飞机进行侦察探测时，在迎头方向，由于尾焰辐射受机身遮挡，对侦察探测起主要作用的是机头、机身等部位的蒙皮辐射；在侧向及尾追方向，由于尾喷管、尾焰辐射亮度较高，对侦察探测起主要作用的是尾喷管、尾焰辐射，此时侦察探测距离将大于迎头方向的侦察探测距离。论文的测试数据及结论对目标侦察探测、红外侦察装备研制及检测具有一定的参考价值。

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IR Radiation Measurement and Analysis of Land Airplane

WANG Dong，ZHAO Wei，SHAO Ming，CHENG Bin，WANG Bing，Hu Hu-xiang

（，，471003，）

The study on the IR radiation of fixed-wing airplane is important for military affairs. Based on atmospheric parameters，the atmospheric transmittance and the air path radiation were calculated by using the MODTRAN software. A long wave infrared measure equipment was used to perform infrared signature measurement experiment on a fixed-wing airplane. The results showed that the radiant intensity of caput、airframe、empennage were similar, and accord at different angle, and the radiant intensity of nozzle skin was higher than the radiant intensity of airframe; The radiant intensity of exhaust gases was marked differences at different angle, at the angle of back attaining maximum.

IR radiation，radiant intensity，wing airplane，atmospheric transmittance，air path radiation

TN219

A

1001-8891(2015)06-0519-04

2014-12-03；

2014-12-21.

王东（1978-），男，内蒙古磴口人，硕士，工程师，主要研究方向为光电技术及应用。E-mail：wd.hardman@163.com。