(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211077350.9 (22)申请日 2022.09.05 (71)申请人 昆明物理研究所 地址 650221 云南省昆明市五华区教场东 路31号 (72)发明人 唐晗　何兵　郭哲明　杨帆　 王正强　李虹明　王娅楠　张成　 高维峰　山玉科　彭代东　曾兴容　 (74)专利代理 机构 昆明今威专利商标代理有限 公司 53115 专利代理师 赛晓刚 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01)G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种低慢小飞行器红外辐射特性计算方法 及存储介质 (57)摘要 本发明公开一种低慢小飞行器红外辐射特 性计算方法及存储介质， 该计算方法采用模块化 设计思路实现低慢小飞行器红外辐射亮度、 投影 面积及红外辐射强度计算功能。 采用简化的目标 几何模型实现辐射分量及目标投影面积计算， 采 用目标环境辐射模型实现目标自身辐射亮度及 环境辐射亮度计算， 采用双向反射分布函数模型 实现目标反射环境辐射分量计算。 该低慢小飞行 器红外辐射特性计算方法建模合理、 计算数据可 靠， 满足实际工程设计需求， 能够为针对低慢小 飞行器的红外搜索跟踪系统、 红外侦察系统等红 外热成像设备开展指标论证、 项目方案设计、 成 像系统仿真等方面 提供理论依据及数据支撑 。 权利要求书3页 说明书8页 附图4页 CN 115438425 A 2022.12.06 CN 115438425 A 1.一种低慢小飞行器红外辐射特性计算方法， 其特征在于， 该方法包括目标几何模型、 目标/环境红外辐 射模型以及双向反射分布函数模型三个模型； 所述 目标几何模型是根据 飞行器外形参数对目标采用一组平面近似描述的立体几何结构； 所述 目标/环境红外辐 射 模型包括目标自身的红外辐射和目标反射环境红外辐射两部分； 所述双向反射分布函数模 型是反射方向小立体角内反射的辐射亮度与入射的辐射照度之比； 该 方法包括以下步骤： 步骤1， 利用目标原型参数构建目标几何模型及基本坐标系； 步骤2， 对目标/环境的辐射特性开展机理分析， 分别计算影响目标红外辐射特性的环 境辐射因素； 步骤3， 根据观察者、 太阳、 地表、 天空相对目标的方位角、 天顶角， 结合双向反射分布函 数模型， 综合 求解目标/环境红外辐射亮度、 投影面积； 步骤4， 由计算的目标/环境辐射亮度乘以投影面积得到目标辐射强度。 2.根据权利要求1所述的低慢小飞行器红外辐射特性计算方法， 其特 征在于： 所述基本坐标系是右手笛卡尔直角坐标系， 红外热像仪和太阳从原点用球坐标确定 。 3.根据权利要求1所述的低慢小飞行器红外辐射特性计算方法， 其特 征在于： 所述目标自身红外辐射是机身蒙皮辐射， 所述目标反射环境红外辐射包括目标机身对 太阳辐射、 地表辐射、 地表反射太阳辐射、 地表反射 天空辐射、 天空辐射的反射， 特殊情况存 在云层反射辐射。 4.根据权利要求1所述的低慢小飞行器红外辐射特性计算方法， 其特征在于， 在步骤1 中： 所述基本坐标系是一个Z轴垂直向上的右手笛卡尔 直角坐标系， 其中心O点位于四棱锥 目标ABCDE顶面BCDE的中心， X轴指向目标前端， Y轴指向目标左侧； 红外热像仪和太阳从原 点用球坐标确定； 向量i为平面ABC的单位法向量(xi,yi,zi)， 其方向向外； 红外热像仪在目 标坐标系中的天顶角和方位角为 太阳在目标坐标系中的天顶角和方位角为 根据坐标系转换方法得到红外热像仪、 太阳在目标坐标系中的单位向量为(xt,yt, zt)， (xs,ys,zs)； 则平面ABC的单位法向量 i与红外热像仪 视线方向的夹角 α 存在 如下关系： 目标相对红外热像仪方向的投影面积等于表面面积乘以由面法线和热像仪方向矢量 之间的夹角的余弦： St＝SΔABC·cosα     (2) 当cosα 小于零时， 则存在遮挡， 其投影面积为 零。 5.根据权利要求1所述的低慢小飞行器红外辐射特性计算方法， 其特征在于， 在步骤2 中： 所述目标辐射亮度是 各种分量的总和： Ltotal＝Lsel+Lrs+Lre+Lrsky     (3) 式中： Ltotal为目标总的光谱辐射亮度， Lsel为目标自身辐射亮度， Lrs为目标反射太阳辐 射亮度， Lre为目标反射地表辐射亮度， 其中包括地表辐射亮度、 地表反射太阳辐射亮度、 地 表反射天空辐射亮度； Lrsky为目标反射天空辐射亮度。 6.根据权利要求1所述的低慢小飞行器红外辐射特性计算方法， 其特征在于， 在步骤3权　利　要　求　书 1/3 页 2 CN 115438425 A 2中： 所述双向反射分布函数模型的表达式为： 式中： 是反射的辐射亮度， 是入射的辐照度， θi和 为入射的天 顶角和方位角， θr和 是反射的天顶角和方位角， λ为波长 。 7.根据权利要求6所述的低慢小飞行器红外辐射特性计算方法， 其特 征在于： 所述双向反射分布函数常用的是基于微 面元的Co oK‑Torrance模型， 表达式如下： 式中： ks为镜面反射系数， kd为漫反射系数， D 为法线分布函数， G为遮蔽函数， F为菲涅尔 反射比； 所述D函数表达式为： 所述G函数表达式为： 式中： σ 为目标表面粗糙度； α为目标宏观平面法线与反射微面元法线的夹角， β 为微面 元法线与入射光、 反射光之间的夹角； 为入射方位角和反射方位角的差值； 在目标基本 坐标系中α 与β 可表示 为： 由菲涅尔公式得到自然光入射的菲涅尔反射比为： 式中： rs为垂直入射面的辐射分量反射比， rp为平行入射面 的辐射分量反射比； 其表达 式如下： ε为目标表面材 料复折射率； ε＝n+ik     (13) n为复折射率实部； k 为复折射率虚部； 所述目标反射到观测方向的总辐射亮度Lref表达式为： 8.根据权利要求3所述的低慢小飞行器红外辐射特性计算方法， 其特 征在于：权　利　要　求　书 2/3 页 3 CN 115438425 A 3